BR102012015545A2

BR102012015545A2 - TRANSPARENT AND FLEXIBLE ELECTRODE

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Publication number: BR102012015545A2
Application number: BR102012015545A
Authority: BR
Inventors: Rodrigo Villegas Salvatierra; Aldo Jose Gorgatti Zarbin; Carlos Eduardo Cava; Sergio Humberto Domingues; Lucimara Stolz Roman
Original assignee: Univ Fed Do Parana
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2014-08-05

Abstract

ELETRODO TRANSPARENTE E FLEXÍVEL. Filme condutor elétrico transparente e flexível. Esta patente reivindica a invenção de filmes baseados em compósitos de polímeros condutores/nanotubos de carbono e polímeros condutores/grafeno depositados sobre substratos flexíveis ou rígidos com propriedades de transparência à luz visível e condutividade elétrica. A síntese do compósito pode ser realizada através do método interfacial de síntese polimérica com a presença de nanotubos de carbono ou grafeno. Este método é capaz de produzir filmes homogeneamente distribuídas sob toda a superfície do substrato, com processabilidade para a deposição sob qualquer substrato, rígido ou flexível. Os filmes produzidos do compósitos polianilina/nanotubos de carbono ou polianilina/grafeno apresentam uma transmitância superior a 90% e uma resistência de folha entre 60 a 295 <87>/<sym>. Como exemplo de utilização, os filmes de polianilina/grafeno foram utilizados como eletrodos em células solares flexíveis. O s resultados demostram que o este filme apresenta um desempenho superior, para esta aplicação, segundo a eficiência de conversão energética e flexibilidade mecânica quando comparado ao eletrodo comercial (ITO).TRANSPARENT AND FLEXIBLE ELECTRODE. Transparent and flexible electric conductive film. This patent claims the invention of films based on composites of conductive polymers / carbon nanotubes and conductive polymers / graphene deposited on flexible or rigid substrates with properties of transparency to visible light and electrical conductivity. The synthesis of the composite can be performed through the interfacial method of polymeric synthesis with the presence of carbon nanotubes or graphene. This method is capable of producing films homogeneously distributed over the entire substrate surface, with processability for deposition under any substrate, rigid or flexible. The films produced from polyaniline / carbon nanotubes or polyaniline / graphene composites have a transmittance greater than 90% and a sheet resistance between 60 to 295 <87> / <sym>. As an example of use, polyaniline / graphene films were used as electrodes in flexible solar cells. The results show that this film presents a superior performance for this application, according to the energy conversion efficiency and mechanical flexibility when compared to the commercial electrode (ITO).

Description

"ELETRODO TRANSPARENTE E FLEXÍVEL”"TRANSPARENT AND FLEXIBLE ELECTRODE"

Campo da InvençãoField of the Invention

A presente invenção trata da preparação de eletrodos transparentes e flexíveis baseados em compósitos formados por polímeros condutores e nanotubos de carbono ou grafeno.The present invention deals with the preparation of transparent and flexible electrodes based on composites formed of conductive polymers and carbon or graphene nanotubes.

Histórico da InvençãoInvention History

O recente aumento do consumo de dispositivos eletrônicos impulsionou a demanda por materiais que agregam novas funcionalidades a estes dispositivos. Uma necessidade imediata dessa 10 indústria é a obtenção de filmes condutores elétricos transparentes e maleáveis para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos flexíveis. Filmes condutores transparentes, também conhecidos como eletrodos transparentes, são materiais que apresentam transparência e condutividade elétrica simultaneamente. Esse tipo de eletrodo é 15 amplamente utilizado pela indústria de eletrônicos em displays, células solares, janelas eletrocrômicas entre outros.The recent increase in the consumption of electronic devices has boosted the demand for materials that add new functionality to these devices. An immediate need for this industry is to obtain transparent and malleable electrical conductive films for the development of flexible electronic devices. Transparent conductive films, also known as transparent electrodes, are materials that exhibit transparency and electrical conductivity simultaneously. This type of electrode is widely used by the electronics industry in displays, solar cells, electrochromic windows and others.

A combinação de transparência, flexibilidade e condutividade elétrica em um mesmo material é um dos principais desafios da indústria de eletrônicos. Materiais poliméricos, também 20 conhecidos como plásticos, são os principais candidatos para a obtenção destas três propriedades. Entretanto, até o presente momento, o desempenho destes materiais com relação à condutividade elétrica é considerado insatisfatório para uma aplicação como eletrodo. Uma alternativa para um melhor desempenho dos 25 materiais poliméricos é a formação de compósitos que combinem a transparência e flexibilidade dos materiais plásticos com as propriedades de condutividade elétrica de outros materiais.The combination of transparency, flexibility and electrical conductivity in one material is a major challenge for the electronics industry. Polymeric materials, also known as plastics, are the prime candidates for obtaining these three properties. However, to date, the performance of these materials with respect to electrical conductivity is considered unsatisfactory for an electrode application. An alternative for better performance of polymeric materials is the formation of composites that combine the transparency and flexibility of plastic materials with the electrical conductivity properties of other materials.

Desta maneira, esta patente reivindica a invenção de um filme condutor elétrico transparente e flexível. Tal eletrodo é composto de filmes interfaciais baseados em compósitos poliméricos e nanotubos de carbono ou grafeno depositados sobre substratos transparentes e flexíveis.Accordingly, this patent claims the invention of a transparent and flexible electric conductive film. Such an electrode is composed of interfacial films based on polymeric composites and carbon or graphene nanotubes deposited on transparent and flexible substrates.

Estado da ArteState of art

Atualmente, a maioria dos condutores transparentesToday, most transparent conductors

comerciais são baseados em óxidos metálicos como SnC>2, ZnO, ln2C>3 ou misturas como o ln2C>3:Sn02, mais conhecidos como ITO [US7348649B2; US2002/0025440A1 e US 2008/0237034A1], Tais materiais apresentam uma excelente transparência (-90%) à Iuz visível (de 400 nm a 700 nm) e uma baixa resistência elétrica de filme (-10 Q/d) [Handbook of transparent conductors, Springer 2011]. Entretanto, condutores transparentes baseados em óxidos apresentam limitações em relação à flexibilidade, sendo que este fato é decorrente das propriedades mecânicas desses filmes formados por materiais rígidos como, por exemplo, os óxidos. Outro Iimitante é a necessidade de processamento desses filmes óxidos em temperaturas elevadas (150 a 400 0C) para a obtenção de um filme condutor, o que impossibilita seu crescimento sobre substratos flexíveis baseados em materiais plásticos comuns, uma vez que substratos plásticos convencionais não suportam a temperatura necessária para a produção destes filmes óxidos.Commercial materials are based on metal oxides such as SnC> 2, ZnO, ln2C> 3 or mixtures such as ln2C> 3: Sn02, better known as ITO [US7348649B2; US2002 / 0025440A1 and US 2008 / 0237034A1], Such materials have excellent transparency (-90%) at visible light (from 400 nm to 700 nm) and low electrical film resistance (-10 Q / d) [Handbook of transparent conductors, Springer 2011]. However, transparent oxide-based conductors have limitations regarding flexibility, and this fact is due to the mechanical properties of these films formed by rigid materials such as oxides. Another limiting factor is the need to process such oxide films at elevated temperatures (150 to 400 ° C) to obtain a conductive film, which makes it impossible to grow on flexible substrates based on common plastic materials, since conventional plastic substrates cannot withstand temperature required for the production of these oxide films.

Uma alternativa é a utilização de filmes finos de polímeros condutores sobre substratos transparentes e flexíveis, uma vez que tais polímeros não necessitam de altas temperaturas de processamento. Dentre os principais polímeros com propriedades de condutividade 25 elétrica estão a polianilina o politiofeno e o polipirrol. A polianilina se destaca devido à sua estabilidade, facilidade de polimerização e dopagem, baixo custo e excelente condutividade elétrica quando comparada a polímeros convencionais. .An alternative is the use of conductive polymer thin films on transparent and flexible substrates since such polymers do not require high processing temperatures. Among the major polymers with electrical conductivity properties are polyaniline, polythiophene and polypyrrole. Polyaniline stands out due to its stability, ease of polymerization and doping, low cost and excellent electrical conductivity when compared to conventional polymers. .

Por se tratar de um polímero com grande interesse comercial, as técnicas de produção desse material em larga escala já são dominadas pelo setor produtivo há mais de uma década, assim como apresentado por L.H.C. Mattoso em Polianilinas: Síntese, Estrutura e Propriedades [Química Nova 388, 19 (1996)]. Diversas técnicas de 5 síntese deste material têm sido exploradas pela comunidade científica. Sintetizados em forma de pó por meio de um oxidante químico ou pela oxidação eletroquímica, filmes de polianilina podem ser utilizados como condutor de eletricidade quando dopados corretamente. Entretanto, tais métodos de produção são ineficientes na produção de um filme 10 que alie transparência, condutividade elétrica e flexibilidade mecânica com a capacidade de processamento. A produção de compósitos baseados em polianilina é uma alternativa viável para agregar novas propriedades, ou mesmo melhorar o desempenho desses materiais. Para tanto, uma classe de materiais interessantes para o uso em 15 compósitos de base polimérica são os nanotubo de carbono e o grafeno.Because it is a polymer of great commercial interest, the techniques of large-scale production of this material have been dominated by the productive sector for over a decade, as presented by L.H.C. Mattoso in Polyanilines: Synthesis, Structure and Properties [New Chemistry 388, 19 (1996)]. Several synthesis techniques of this material have been explored by the scientific community. Synthesized in powder form by means of a chemical oxidizer or electrochemical oxidation, polyaniline films can be used as a conductor of electricity when properly doped. However, such production methods are inefficient in the production of a film 10 that combines transparency, electrical conductivity and mechanical flexibility with processing capacity. The production of polyaniline based composites is a viable alternative to add new properties or even improve the performance of these materials. To this end, a class of interesting materials for use in 15 polymer-based composites are carbon nanotube and graphene.

Nanotubos de carbono (CNT) apresentam uma condução elétrica unidimensional através da sua superfície de átomos de carbono, como apresentado porS.J. Tans et al. em “Room-temperature 20 transistor based on a single carbon nanotube” [Nature, 393, 49 (1998)]. Inversamente proporcional ao seu diâmetro, o nanotubo de carbono tem uma grande área ativa e alta densidade de poros, fato que, junto a sua alta condutividade elétrica e elevada resistência mecânica, faz do nanotubo de carbono um material atraente para o uso em 25 compósitos. A baixa resistência elétrica apresentada pelos nanotubos de carbono facilita o transporte eletrônico, reduzindo a resistência de contato em compósitos de base polimérica.Carbon nanotubes (CNT) show one-dimensional electrical conduction across their carbon atoms surface, as shown by S.J. Tans et al. in “Room-temperature 20 transistor based on a single carbon nanotube” [Nature, 393, 49 (1998)]. Conversely proportional to its diameter, carbon nanotube has a large active area and high pore density, which, together with its high electrical conductivity and high mechanical strength, makes carbon nanotube an attractive material for use in 25 composites. The low electrical resistance presented by carbon nanotubes facilitates electronic transport, reducing contact resistance in polymer-based composites.

Outro material atraente para a utilização em compósitos é o grafeno. Similarmente aos nanotubos de carbono, o grafeno apresenta uma ótima condutividade elétrica aliada à transparência e o reforço mecânico quando aplicado em compósitos. O grafeno pode ser considerado uma folha composta poucas camadas de átomos de carbono organizados em uma estrutura hexagonal planar com 5 hibridização sp2. Essas estruturas apresentam uma excepcional mobilidade elétrica (até 15 Iccm2V-1S'1) a temperatura ambiente assim como reportado por Geim et al. em “The rise of graphene” [Nature Materials 6 183 (2007)]. O trabalho de Nair et al. em “Fine Structure Constant Defines Visual Transparency of Graphene" [Science, 10 320 1308(2008)] reportou outro fator atraente para a utilização do grafeno em compósitos que está relacionado a sua transparência óptica, a qual pode alcançar valores de transmitância próximos à 97,7% para a Iuz branca.Another attractive material for use in composites is graphene. Similar to carbon nanotubes, graphene has an excellent electrical conductivity coupled with transparency and mechanical reinforcement when applied to composites. Graphene can be considered a sheet composed of few layers of carbon atoms arranged in a 5 sp2 hybridization planar hexagonal structure. These structures exhibit exceptional electrical mobility (up to 15 Iccm2V-1S'1) at room temperature as reported by Geim et al. in “The Rise of Graphene” [Nature Materials 6 183 (2007)]. The work of Nair et al. in "Fine Structure Constant Defines Visual Transparency of Graphene" [Science, 10 320 1308 (2008)] reported another attractive factor for the use of graphene in composites that is related to its optical transparency, which can reach transmittance values close to 97. , 7% for white light.

Dessa maneira, esta patente reivindica a invenção de filmes finos baseados em compósitos de polímeros condutores e nanotubos de carbono ou grafeno depositados sobre substratos flexíveis ou rígidos com propriedades de transparência à Iuz visível eAccordingly, this patent claims the invention of thin films based on conductive polymer composites and carbon or graphene nanotubes deposited on flexible or rigid substrates with visible light transparency properties.

II

condutividade elétrica.Electric conductivity.

As sínteses dos compósitos de polianilina, politiofeno ou 20 polipirrol em conjunto com nanotubos de carbono ou grafeno podem ser realizadas através do método de polimerização interfacial como apresentado por R. V. Salvatierra et al. em “One-Pot Synthesis and Processing of Transparent, Conducting, and Freestanding Carbon Nanotubes/Polyaniline Composite Films" [Chemistry of Materials 5222, 22 25 (2010)] e S.H. Domingues et al. em “Transparent and conductive thin films of graphene/polyaniline nanocomposites prepared through interfacial polymerization” [Chemical Communications 2592, 47 (2011)]. Este método é capaz de produzir filmes homogeneamente distribuídos sobre toda a superfície do substrato, com a possibilidade de processamento para a deposição sobre qualquer substrato, rígido ou flexível, assim como apresentado na Figura 1 e 2. Os filmes do compósito polianilina/nanotubos de carbono produzidos por essa técnica, apresentam uma transmitância superior a 90% em 550 nm (vide Figura 5 03) e uma resistência de folha de 295 Ω/D. Por sua vez, os filmes de polianilina/grafeno apresentam transmitância superior de 89% em 550 nm e resistência de folha de 60 Ω/D.The syntheses of polyaniline, polythiophene or polypyrrole composites together with carbon or graphene nanotubes can be performed by the interfacial polymerization method as presented by R. V. Salvatierra et al. in “One-Pot Synthesis and Processing of Transparent, Conducting, and Freestanding Carbon Nanotubes / Polyaniline Composite Films” [Chemistry of Materials 5222, 22 25 (2010)] and SH Domingues et al. in “Transparent and conductive thin films of graphene / polyaniline nanocomposites prepared through interfacial polymerization ”[Chemical Communications 2592, 47 (2011)] This method is capable of producing evenly distributed films over the entire surface of the substrate, with the possibility of processing for deposition onto any rigid or flexible substrate. as shown in Figure 1 and 2. The polyaniline / carbon nanotube composite films produced by this technique have a transmittance greater than 90% at 550 nm (see Figure 5 03) and a sheet strength of 295 Ω / D. In turn, polyaniline / graphene films exhibit superior transmittance of 89% at 550 nm and sheet resistance of 60 Ω / D.

Para provar a funcionalidade destes filmes e seu potencial para substituição de filmes a base de óxidos metálicos, células 10 solares orgânicas foram construídas sobre os filmes de polianilina e nanotubos de carbono e comparadas com dispositivos semelhantes feitos com ITO. Resultados satisfatórios foram obtidos para os filmes de PANI com eficiências superiores apresentadas em relação aos dispositivos com ITO. Outra vantagem é que foi possível construir uma 15 célula flexível sobre PET, o que não é possível com ITO convencional.To prove the functionality of these films and their potential for replacing metal oxide based films, organic solar cells were constructed on polyaniline and carbon nanotube films and compared with similar devices made with ITO. Satisfactory results were obtained for NIBP films with higher efficiencies than ITO devices. Another advantage is that it was possible to build a flexible cell over PET, which is not possible with conventional ITO.

Segundo pesquisa realizada na base de dados do Instituto Nacional de Propriedade Intelectual (INPI), até o presente momento do depósito desta patente, nenhum trabalho reivindica a produção de filmes transparentes, condutores elétricos e flexíveis.According to research conducted in the database of the National Institute of Intellectual Property (INPI), until the present time of filing of this patent, no work claims the production of transparent films, electrical and flexible conductors.

Descrição Resumida da InvençãoBrief Description of the Invention

Condutores transparentes comerciais baseados em óxidos metálicos apresentam limitações em relação à flexibilidade mecânica e temperatura de processamento. Tais fatos impossibilitam a utilização destes materiais em substratos flexíveis de baixo custo. Nesta 25 patente é reivindicada a invenção um compósito baseado em polianilina/nanotubos de carbono e polianilina/grafeno para a obtenção de um filme transparente, flexível, condutor elétrico, de fácil processabilidade para deposição em qualquer superfície e com uma transparência de aproximadamente 90% à Iuz visível aliada a baixa a baixa resistência elétrica (60 - 295 Ω/D).Commercial transparent conductors based on metal oxides have limitations regarding mechanical flexibility and processing temperature. Such facts make it impossible to use these materials in low cost flexible substrates. In this patent the invention is claimed a polyaniline / carbon nanotube and polyaniline / graphene based composite to obtain a transparent, flexible, electrically conductive film that is easy to deposit on any surface and has a transparency of approximately 90% at Visible light combined with low to low electrical resistance (60 - 295 Ω / D).

Citação das Figuras e AnexoCitation of Figures and Annex

As figuras em anexo servirão para proporcionar um melhor entendimento da invenção e de seu potencial para utilizaçao como eletrodos transparentes substituindo materiais convencionais.The accompanying figures will serve to provide a better understanding of the invention and its potential for use as transparent electrodes replacing conventional materials.

A Anexo 1 ilustra um filme de polianilina/nanotubos de carbono depositados sobre substrato de vidro (imagem superior) e sobre PET (imagem inferior)Annex 1 illustrates a polyaniline / carbon nanotube film deposited on glass substrate (top image) and PET (bottom image)

A Erro! Fonte de referência não encontrada, ilustra umaThe Error! Reference source not found, illustrates a

imagem de microscopia eletrônica de varredura de um filme de polianilina e nanotubos de carbono mostrando sua superfície plana e composta por estruturas tubulares manométricas (superior) e um filme de polianilina e grafeno (inferior).Scanning electron microscopy image of a polyaniline and carbon nanotube film showing its flat surface and composed of tubular gauge structures (upper) and a polyaniline and graphene (lower) film.

A Figura 1 ilustra um espectro de transmitância de umFigure 1 illustrates a transmittance spectrum of a

filme de polianilina e nanotubos de carbono (linha cheia) mostrando uma transmitância superior a 90% na região de 550 nm (superior) e um espectro de transmitância de um filme de polianilina e grafeno (linha pontilhada) mostrando uma transmitância superior a 90% na região de 20 550 nm (inferior). No eixo vertical é representada a transmitância, expressa em %, e no eixo horizontal é representada o comprimento de onda, expresso em nm.polyaniline film and carbon nanotubes (full line) showing a transmittance greater than 90% in the 550 nm region (higher) and a transmittance spectrum of a polyaniline and graphene film (dotted line) showing a transmittance greater than 90% in the 20 550 nm region (lower). In the vertical axis the transmittance is expressed in% and in the horizontal axis the wavelength in nm is represented.

A Fiaura 2 mostra a variação da resistência de filme em função da deformação (representado por traços e quadrados cheios) e 25 do estiramento do filme [representado por traços e triângulos cheios), mostranto que suas propriedades elétricas são mantidas. No eixo vertical é representado a resistência de folha normalizada. No eixo horizontal inferior é representada o número de ciclos de deformação enquanto que no eixo horizontal superior é representado a porcentagem de estiramento em relação à posição inicial.Figure 2 shows the variation of film strength as a function of deformation (represented by full dashes and squares) and 25 of film stretch (represented by full dashes and triangles), showing that its electrical properties are retained. On the vertical axis the normalized sheet strength is represented. In the lower horizontal axis the number of deformation cycles is represented while in the upper horizontal axis the percentage of stretching in relation to the initial position is represented.

A Erro! Fonte de referência não encontrada.3 ilustra a representação transversal esquemática da montagem da célula solar 5 flexível. O índice 1 indica o substrato transparente e flexível; o índice 2 indica o compósito polianilina/nanotubos de carbono; o índice 3 indica a camada fotoativa composta pelo polímero F8T2 e o fulereno Cóo; e o índice 4 indica o eletrodo metálico de alumínio.The Error! Reference source not found.3 illustrates the schematic cross-sectional representation of the flexible solar cell assembly 5. Index 1 indicates the transparent and flexible substrate; index 2 indicates the polyaniline / carbon nanotube composite; index 3 indicates the photoactive layer composed of polymer F8T2 and fullerene Côo; and index 4 indicates the aluminum metal electrode.

A Erro! Fonte de referência não encontrada._4 ilustra oThe Error! Reference source not found._4 illustrates the

comportamento elétrico das células solares analisadas sob a iluminação de 1 Sol. O eixo vertical representa a densidade de corrente em mA/cm2 e o eixo horizontal indica a diferença de voltagem em Volts aplicada entre os eletrodos. A curva composta por traços e círculos vazios representa o comportamento elétrico do dispositivo contendo 15 como eletrodo ITO sobre vidro. A curva composta por traços e círculos preenchidos representa o comportamento elétrico do dispositivo contendo como eletrodo o compósito de polianilina/nanotubos de carbono sobre PET.electrical behavior of the solar cells analyzed under 1 Sol illumination. The vertical axis represents the current density in mA / cm2 and the horizontal axis indicates the voltage difference in Volts applied between the electrodes. The curve composed of dashes and empty circles represents the electrical behavior of the device containing 15 as an ITO electrode on glass. The curve consisting of dashes and filled circles represents the electrical behavior of the device containing the polyaniline / carbon nanotubes composite over PET as an electrode.

Descrição Detalhada da InvençãoDetailed Description of the Invention

Os nanocompósitos de polianilina/nanotubos de carbonoPolyaniline Nanocomposites / Carbon Nanotubes

e polianilina/grafeno foram sintetizados em um sistema bifásíco contendo dois líquidos imiscíveis (água e tolueno). Persulfato de amônio (Across), ácido sulfúrico (Merck) e tolueno (Cario Erba) foram utilizados como reagentes. Primeiramente, uma quantidade específica de 25 nanotubos de carbono multicamadas ou grafeno foi dispersa em tolueno por meio de banho ultrassônico. Os nanotubos foram adquiridos comercialmente (NanocyI) e o grafeno foi obtido a partir do método deand polyaniline / graphene were synthesized in a biphasic system containing two immiscible liquids (water and toluene). Ammonium persulfate (Across), sulfuric acid (Merck) and toluene (Carlo Erba) were used as reagents. First, a specific amount of 25 multilayer carbon nanotubes or graphene was dispersed in toluene by an ultrasonic bath. Nanotubes were commercially purchased (NanocyI) and graphene was obtained from the method of

Hummers modificado. Ao término desse processo, uma quantidadeModified Hummers. At the end of this process, an amount

ii

determinada do monômero anilina (Across], bidestilada, é inserida junto à dispersão de nanotubos de carbono ou grafeno. Esta dispersão é então adicionada a um recipiente contendo uma solução aquosa de H2SO4 e persulfato de amônio e submetida à agitação magnética por um período determinado. Após o término deste processo, um filme do 5 compósito polianilina/nanotubos de carbono ou polianilina/grafeno é formado na interface entre os dois líquidos. Este filme pode então ser transferido a qualquer substrato por meio da passagem deste pela interface dos dois líquidos. O controle da espessura do filme, bem como da transmitância óptica, pode ser realizado por meio da massa de 10 nanotubos de carbono ou grafeno, monômeros, tempo de reação e tamanho do recipiente.A determined bi-distilled aniline monomer (Across] is inserted next to the dispersion of carbon or graphene nanotubes.This dispersion is then added to a vessel containing an aqueous solution of H2SO4 and ammonium persulfate and subjected to magnetic stirring for a specified period. Upon completion of this process, a polyaniline / carbon nanotube or polyaniline / graphene composite film is formed at the interface between the two liquids.This film can then be transferred to any substrate by passing it through the interface of the two liquids. Control of film thickness as well as optical transmittance can be accomplished by massing 10 nanotubes of carbon or graphene, monomers, reaction time and container size.

Polímeros condutores, nanotubos de carbono e grafeno são três materiais que apresentam inúmeras dificuldades no seu processamento como filmes finos. Isto porque são materiais que não 15 formam dispersões estáveis em solventes aquosos ou orgânicos. Materiais compósitos entre estes materiais normalmente são obtidos como pós. Devido a esta limitação, inúmeras propostas são apresentadas no sentido de obter boas dispersões levando a formação de filmes contínuos porém com algum efeito negativo sobre sua 20 condutividade. Outros métodos, por outro lado, exigem procedimentos demorados de purificação dos materiais e apenas dispersões muito diluídas são obtidas tornando demorado o processo de formação de filmes contínuos. O método interfacial apresentado aqui para formação de filmes de polianilina/nanotubos de carbono e polianilina/grafeno 25 não exige dispersões estáveis uma vez que o objetivo é que o material disperso seja auto-montado na interface líquido-líquido permitindo a formação de um filme contínuo, fino e transparente. A polimerização neste sistema interfacial ainda permite obter materiais híbridos transparentes combinando em um único procedimento tanto a síntese de materiais compósitos como seu imediato processamento em filme.Conductive polymers, carbon nanotubes and graphene are three materials that present numerous difficulties in their processing as thin films. This is because they are materials that do not form stable dispersions in aqueous or organic solvents. Composite materials between these materials are usually obtained as powders. Due to this limitation, numerous proposals are presented to obtain good dispersions leading to the formation of continuous films but with some negative effect on their conductivity. Other methods, on the other hand, require lengthy material purification procedures and only very dilute dispersions are obtained making the continuous film forming process time consuming. The interfacial method presented here for polyaniline / carbon nanotube and polyaniline / graphene 25 film formation does not require stable dispersions since the objective is for the dispersed material to be self-assembled at the liquid-liquid interface allowing the formation of a continuous film. , thin and transparent. The polymerization in this interfacial system still allows to obtain transparent hybrid materials combining in one procedure both the synthesis of composite materials and their immediate processing on film.

Exemplo 1: Células solares flexíveisExample 1: Flexible Solar Cells

Neste exemplo é realizada a comparação entreIn this example the comparison between

eletrodos transparentes baseados em óxidos metálicos convencionais e eletrodos transparentes e flexíveis baseados no compósito polianilina/nanotubos de carbono ambos aplicados a construção de células solares de base polimérica.transparent electrodes based on conventional metal oxides and transparent and flexible electrodes based on the polyaniline / carbon nanotube composite both applied to the construction of polymer-based solar cells.

A fim de obter uma comparação entre os eletrodosIn order to obtain a comparison between the electrodes

citados anteriormente, duas células solares foram construídas simultaneamente, uma contendo um substrato de vidro/ITO comercializado por Delta Technologies® e outra contendo um substrato de polietileno tereftalato (PET)/polianilina/nanotubos de carbono, este último com propriedades de flexibilidade mecânica.In the aforementioned, two solar cells were constructed simultaneously, one containing a glass / ITO substrate marketed by Delta Technologies® and another containing a polyethylene terephthalate (PET) / polyaniline / carbon nanotube substrate, the latter having mechanical flexibility properties.

O polímero poli(9,9-dioctilfluoreno-co-bitiofeno), nomeado como F8T2, comercializado por Aldrich®, foi utilizado como camada ativa em células solares em estrutura bicamada com o fulereno Cóo, assim como apresentado na Figura 4. Ambos os dispositivos, com substratos diferentes, foram construídos seguindo osThe poly (9,9-dioctylfluorene-co-bitiophene) polymer, named F8T2, marketed by Aldrich®, was used as an active layer in full-frame Cóo bilayer solar cells, as shown in Figure 4. Both devices , with different substrates, were constructed following the

mesmos critérios. Primeiramente sobre os respectivos eletrodos, umasame criteria. Firstly on the respective electrodes, a

ii

camada de poli(3,4-etilenodioxtiofeno)-poliestireno acido sulfonico (PEDOT: PSS) com 5% de dimetilsulfóxido foi depositado via centrifugação, e após um tratamento térmico à 150 0C uma segunda 25 camada do polímero F8T2 foi depositada também via centrifugação. Após a deposição por evaporação térmica da camada de fulereno (Cóo) e alumínio, os dispositivos passam por um novo tratamento térmico.Poly (3,4-ethylenedioxtiophene) -polystyrene sulfonic acid (PEDOT: PSS) layer with 5% dimethylsulfoxide was deposited via centrifugation, and after a heat treatment at 150 ° C a second layer of F8T2 polymer was also deposited via centrifugation. After deposition by thermal evaporation of the fullerene (Cóo) and aluminum layer, the devices undergo a new heat treatment.

Estes dispositivos foram testados com relação a sua eficiência de conversão de potência sob uma iluminação comumente denominada de 01 Sol, a qual tem uma potência irradiada de 100mW/cm2, simulando a atmosfera terrestre por meio de um filtro óptico (AM 1.5). Os resultados relativos a este teste podem ser verificados na Figura 5, onde é possível observar que o eletrodo flexível utilizando o compósito polianilina/nanotubos de carbono apresenta uma eficiência de conversão de potência de 2,27% enquanto o dispositivo convencional que utiliza o eletrodo ITO apresenta um valor de 1,2%. Isto ocorre devido a menor resistencia em série aprensentada pelo compósito em comparação ao eletrodo convencional. Esse fato permite um melhor aproveitamento da energia de foto-conversão apresentada pela camada ativa de F8T2. Estes resultados demonstram que as células solares flexíveis, utilizando os eletrodos reivindicados por esta patente, apresentam um melhor desempenho segundo a eficiência energética e flexibilidade mecânica quando comparado ao eletrodo comercial (ITO) mais amplamente utilizado.These devices have been tested for their power conversion efficiency under illumination commonly referred to as 01 Sun, which has a radiated power of 100mW / cm2, simulating the earth's atmosphere using an optical filter (AM 1.5). The results for this test can be seen in Figure 5, where it can be seen that the flexible electrode using the polyaniline / carbon nanotube composite has a power conversion efficiency of 2.27% while the conventional device using the ITO electrode. presents a value of 1.2%. This is due to the lower series resistance presented by the composite compared to the conventional electrode. This allows for a better utilization of the photo-conversion energy presented by the active layer of F8T2. These results demonstrate that flexible solar cells utilizing the electrodes claimed by this patent exhibit better energy efficiency and mechanical flexibility performance when compared to the most widely used commercial electrode (ITO).

Claims

1. Transparent and flexible electric conductive film, characterized by being simultaneously transparent to visible light, electrically conductive and mechanically flexible.

Transparent and flexible electric conductive film according to Claim 1, characterized in that it uses self-assembled films.

Transparent and flexible electric conductive film according to Claims 1 and 2, characterized in that it uses polyaniline.

Transparent and flexible electric conductive film according to Claims 1 and 2, characterized in that it uses polythiophene.

Transparent and flexible electric conductive film according to Claims 1 and 2, characterized in that it uses polypyrrole.

Transparent and flexible electric conductive film according to Claim 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that it uses carbon nanotubes.

Transparent and flexible electric conductive film according to claim 1, 2, 3, 4, 5 and 6, characterized in that carbon nanotubes can be produced by different techniques such as chemical vapor deposition, electric arc, laser ablation, among others) using different precursors such as methane, propane, butane, benzene, oroanometallic compounds such as acetylenes, transition metal salts, graphite, etc.).

Transparent and flexible electric conductive film according to Claim 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that it uses arafene.

Transparent and flexible electric conductive film according to claim 1, 2, 3, 4, 5 and 8, characterized in that the graphene used can be produced by different techniques (such as chemical vapor deposition, electric arc, ablation a). among others) using different precursors (such as methane, propane, butane, benzene, oroanometallic compounds such as acetylenes, transition metal salts, graphite, etc.).

Transparent and flexible electric conductive film according to claim 1, 2, 3, 6 and 7, characterized in that the polyaniline / carbon nanotube composite is used.

Transparent and flexible electric conductive film according to Claim 1, 2, 4, 6 and 7, characterized in that it uses the polythiophene / carbon nanotube composite.

Transparent and flexible electric conductive film according to claim 1, 2, 5, 6 and 7, characterized in that the polypyrrole / carbon nanotube composite is used.

Transparent and flexible electric conductive film according to claim 1, 2, 3, 8 and 9, characterized in that the polyaniline / arafene composite is used.

Transparent and flexible electric conductive film according to Claim 1, 2, 4, 8 and 9, characterized in that it uses the polythiophene / arafene composite.

Transparent and flexible electric conductive film according to Claim 1, 2, 5, 8 and 9, characterized in that the polypyrrole / arafene composite is used.

Transparent and flexible electric conductive film according to Claims 1 to 15, characterized in that it can be deposited on any surface.

Transparent and flexible electric conductive film according to claims 1 to 15, characterized in that it can be used in solar cells and photovoltaic devices.

Transparent and flexible electric conductive film according to Claims 1 to 15, characterized in that it can be used in electrochromic devices.

Transparent and flexible electric conductive film according to one of Claims 1 to 15, characterized in that it can be used on touch screen displays.

Transparent and flexible electric conductive film according to one of Claims 1 to 15, characterized in that it is suitable for use with touch screen ".

Transparent and flexible electric conductive film according to claims 1 to 15, characterized in that it can be used in electronic devices.