一种自支撑pedot-pss薄膜及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料制备及加工技术领域，更具体地，设及一种自支撑PEDOT-PSS薄 膜及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着能源危机的日益加重，能量转换及能量存储等光电子器件越来越受 到人们的关注。在能量转换器件方面，有机太阳能电池W其清洁、廉价、可再生、柔性等优越 性，受到科学家的青睐。在能量存储方面，超级电容器由于具有充电时间短、功率密度高、库 仑效率高及使用寿命长等优点成为当前研究热点。而目前光电子器件制作过程中设及到金 属电极的空气稳定性、非柔性及真空过程的高成本等，因此具有较好空气稳定性、高导电性 柔性电极的开发迫在眉睫。
[0003] 导电高分子由于具有较高的电导率、较好的空气稳定性及柔性等优点，被人们认 为是取代金属电极的理想选择。其中，产品化的导电聚合物PEDOT-PSS溶液的固相含量 为0.6%~5.0%，阳DOT与PSS的质量比为5:8~1:20,其中，阳DOT为邸0T(3,4-乙撑 二氧嚷吩单体）的聚合物，PSS为聚苯乙締横酸盐，为提高P邸OT的溶解性而添加在溶液 中。阳DOT-PSS溶液具有较高的电导率、可溶液加工性能、高透光率及热稳定性，且配方多 样（如固含量为1. 0%~1. 3%、P邸OT与PSS质量比为2:5的？化000,固含量为1. 3%~ 1.7%，阳DOT与PSS质量比为1:6的PVP AI4083)，可满足不同类型器件的要求，因而倍受 青睐。
[0004] 现有技术中的自支撑阳DOT-PSS薄膜，通常直接利用阳DOT-PSS水溶液平铺或者 旋涂制备获得，如专利文献CN104934140。运样制备得到的薄膜厚度通常为纳米级，其机械 性能较差；而且只能利用乙二醇和甲酸对PEDOT-PSS溶液进行渗杂来提高薄膜的电导率， 其效果也非常有限；利用上述方法制备得到的薄膜的方块电阻为170 Q /sq~213 Q /sq，也 相对较高从而仅能满足一般性的需求。如果将大面积的薄膜应用于太阳能电池，会严重影 响电池的功率输出，不能满足制备大面积有机太阳能电池的需要。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的W上缺陷或改进需求，本发明提供了一种PEDOT-PSS薄膜及其制 备方法，其目的在于通过把PEDOT-PSS溶液加工成胶体，由此解决传统的PEDOT-PSS薄膜厚 度薄，电导率低，适应性差的问题。
[0006] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种自支撑阳DOT-PSS薄膜，包 括质量比为3:7~15:2的阳DOT (聚3,4-乙撑二氧嚷吩）W及PSS (聚苯乙締横酸盐），所 述阳DOT-PSS薄膜的厚度为1 ym~50ym，方块电阻为0. lOQ/sq~120Q/sq，电导率为 210S/cm ~182了S/cm。
[0007] 优选地，所述阳DOT-PSS薄膜的方块电阻为0. 10 Q /sq~5 Q /sq，电导率为 l]40S/cm ~182了S/cm。
[0008] 按照本发明的另一个方面，提供了一种阳DOT-PSS薄膜的制备方法，包括W下步 骤： W09] (1)将阳DOT-PSS溶液滴加于酸溶液中，使得阳DOT-PSS固体析出，同时去 除PEDOT-PSS溶液中的部分PSS ;所述酸溶液中H+的浓度大于等于0. 2M ;其中，所述 阳DOT-PSS溶液的固相含量为0. 6%~5. 0%，其中阳DOT与PSS的质量比为1:20~5:8。 [0010] (2)将所述阳DOT-PSS固体揽碎直至形成均匀的阳DOT-PSS胶体，并向其中混合体 积为所述PEDOT-PSS固体的0倍~10倍的水； W11] 做将所述步骤似得到的PEDOT-PSS胶体通过抽滤或者平铺除去所述 阳DOT-PSS胶体中的水分，得到所述PEDOT-PSS薄膜，所述PEDOT-PSS薄膜的厚度为1 y m~ 50 Ji m。
[0012] 优选地，所述阳DOT-PSS溶液中，P邸OT与PSS的质量比为2:5~5:8。
[0013] 优选地，所述步骤（3)具体为，将所述PEDOT-PSS胶体平铺于滤膜表面，抽滤除去 所述PEDOT-PSS胶体中的部分水分得到薄膜，然后完全干燥后得到所述PEDOT-PSS薄膜；所 述滤膜的孔径小于0.5 ym。
[0014] 作为进一步优选地，所述步骤（3)具体为，将所述阳DOT-PSS胶体平铺于所述滤膜 表面，该滤膜为下滤膜；接着，在所述PEDOT-PSS胶体的上表面覆盖上滤膜，抽滤除去所述 阳DOT-PSS胶体中的水分，抽滤除去所述PEDOT-PSS胶体中的部分水分得到薄膜，然后完全 干燥后得到所述阳DOT-PSS薄膜。
[0015] 作为进一步优选地，在所述步骤（3)中，抽滤除去所述PEDOT-PSS胶体中的水分的 同时，对上滤膜施加IkPa~IOkPa的压强。
[0016] 作为进一步优选地，在所述步骤（3)之后还包括：用有机溶剂或者浓硫酸将滤膜 溶解；其中，水系滤膜用有机溶剂溶解IOmin W上，有机滤膜用浓硫酸溶解15min W上。
[0017] 作为进一步优选地，所述有机溶剂为丙酬。
[0018] 优选地，所述步骤（3)具体为，将所述PEDOT-PSS胶体平铺于光滑衬底表面， 50°C~120°C加热直至所述阳DOT-PSS胶体中的水分完全挥发，得到所述阳DOT-PSS薄膜。
[0019] 作为进一步优选地，所述步骤（3)具体为，将所述PEDOT-PSS胶体平铺于光滑衬底 表面，50°C~120°C加热直至所述阳DOT-PSS胶体中的水分完全挥发，然后重复W上步骤， 直至得到所需厚度的PEDOT-PSS薄膜。
[0020] 作为进一步优选地，所述步骤（3)中加热所需的时间为IOmin~60min。
[0021] 优选地，在所述步骤（2)中，所述揽碎所用的转速为60化pm/min~3000巧m/min， 所述揽碎所需的时间为Ih~化。
[0022] 优选地，在所述步骤（2)中，所述水的体积为所述阳DOT-PSS固体的0. 5倍~5倍。 [002引优选地，在步骤做之后还包括步骤（4):将所述阳DOT-PSS薄膜在酸溶液或者醇 溶液中浸泡化W上，W去除所述PEDOT-PSS薄膜中的部分PSS，所述酸溶液或者醇溶液的浓 度大于等于8M。
[0024] 作为进一步优选地，在所述步骤（4)中，所述酸为浓硫酸，所述浸泡所用的时间为 IOh~4她。 阳0巧]优选地，在步骤（3)之后还还包括步骤（4'）：对所述阳DOT-PSS薄膜施加3000化 W上的压强，直至所述阳DOT-PSS薄膜平整。 阳0%] 作为进一步优选的，在所述步骤（4'）中，对所述阳DOT-PSS薄膜施加3000化W上 的压强，并保持比~化直至所述阳DOT-PSS薄膜平整。
[0027] 按照本发明的另一方面，还提供了上述阳DOT-PSS薄膜在光电子器件的电极上的 应用。
[0028] 优选地，所述光电子器件为有机发光二极管、太阳能电池或者超级电容器。
[0029] 总体而言，通过本发明所构思的W上技术方案与现有技术相比，由于利用 阳DOT-PSS溶液转化为胶体，再进一步制备出PEDOT-PSS薄膜，能够取得下列有益效果：
[0030] 1、不同于现有技术中直接利用阳DOT-PSS溶液得到薄膜，而是通过把阳DOT-PSS 溶液转化为胶体，再进一步制备出薄膜，可W制备出厚度高达1ym~50ym的薄膜，该薄膜 机械性能更强，自支撑性更好，其方块电阻为0. 10Q/sq~120Q/sq，电导率为210S/cm~ 1827S/cm，适用于电容器和太阳能电池；
[0031] 2、由于PEDOT-PSS薄膜的机械性能更强，不会由于浸泡在液体中而破损，从而能 通过浸泡酸溶液或者醇溶液，而将阳DOT-PSS薄膜的方块电阻降低至0. 10Q/sq~5Q/sq， 电导率提高至1340S/cm~1827S/cm;
[0032] 3、首先通过在酸溶液中析出阳DOT-PSS胶体而去除部分PSS，又优选通过将制备 得到的薄膜浸泡酸溶液或者醇溶液来进一步去除PSS，使得制备得到的薄膜中，阳DOTW及 PSS的质量比为3:7~15:2 (PSS的质量分数为11. 9%~70.6% )，具有较低比例的PSS而 使得薄膜的电导率升高，方块电阻降低，从而拥有更优的导电性能；
[0033] 4、将本发明制备的PEDOT-PSS薄膜应用于柔性固态超级电容器中时，电容器具 有较好的电容和较高的能量密度；当本发明制备的PEDOT-PSS薄膜作为有机太阳能电池 中的顶电极时，太阳能电池的器件性能达到了蒸锻金属Ag作为顶电极的效果；证实该 阳DOT-PSS薄膜在光电子器件的电极上有较好的应用前景。
【附图说明】
[0034] 图1是本发明的实施步骤；
[0035] 图2是本发明实施例1的XPS衍射图谱；
[0036] 图3是本发明实施例10制备的超级电容器不同充放电条件下的电容值；
[0037] 图4是本发明实施例11和对比例制备的太阳能电池的电流电压曲线。
【具体实施方式】
[003引为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所设及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[0039] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种自支撑阳DOT-PSS薄膜，包 括质量比为3:7~15:2的阳DOTW及PSS，所述阳DOT-PSS薄膜的厚度为1ym~50ym， 方块电阻为0. 10Q/sq~120Q/sq，电导率为210S/cm~1827S/cm。该阳DOT-PSS薄膜可 应用于制备光电子器件，如有机发光二极管、太阳能电池或者超级电容器