CN117986543A - 一种pedot:pss高性能光电子空穴注入材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种pedot:pss高性能光电子空穴注入材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117986543A CN117986543A CN202410146035.XA CN202410146035A CN117986543A CN 117986543 A CN117986543 A CN 117986543A CN 202410146035 A CN202410146035 A CN 202410146035A CN 117986543 A CN117986543 A CN 117986543A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pedot
- pss
- hole injection
- performance
- photoelectron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 title claims abstract description 60
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 56
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 13
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 title abstract description 3
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 title abstract description 3
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 title description 4
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 title description 4
- 229920000172 poly(styrenesulfonic acid) Polymers 0.000 claims abstract description 47
- 229940005642 polystyrene sulfonic acid Drugs 0.000 claims abstract description 46
- DQWPFSLDHJDLRL-UHFFFAOYSA-N triethyl phosphate Chemical compound CCOP(=O)(OCC)OCC DQWPFSLDHJDLRL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxine Chemical compound O1CCOC2=CSC=C21 GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 14
- LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4-difluorophenoxy)pyridin-3-amine Chemical compound NC1=CC=CN=C1OC1=CC=C(F)C=C1F LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L sodium persulfate Substances [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 10
- WHRAZOIDGKIQEA-UHFFFAOYSA-L iron(2+);4-methylbenzenesulfonate Chemical compound [Fe+2].CC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1.CC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 WHRAZOIDGKIQEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 claims abstract 2
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 14
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 12
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims description 7
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 5
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 2
- JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-M toluene-4-sulfonate Chemical compound CC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 JOXIMZWYDAKGHI-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- FYMCOOOLDFPFPN-UHFFFAOYSA-K iron(3+);4-methylbenzenesulfonate Chemical compound [Fe+3].CC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1.CC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1.CC1=CC=C(S([O-])(=O)=O)C=C1 FYMCOOOLDFPFPN-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 11
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 11
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 6
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 5
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 description 3
- RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H iron(3+) sulfate Chemical compound [Fe+3].[Fe+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 3
- 229910000360 iron(III) sulfate Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 3
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000011152 sodium sulphate Nutrition 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- DKLWRIQKXIBVIS-UHFFFAOYSA-N 1,1-diiodooctane Chemical compound CCCCCCCC(I)I DKLWRIQKXIBVIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 238000004945 emulsification Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 229920000447 polyanionic polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N Sodium cation Chemical compound [Na+] FKNQFGJONOIPTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002216 antistatic agent Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010668 complexation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N diacetone alcohol Natural products CC(=O)CC(C)(C)O SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000002688 persistence Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010421 standard material Substances 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 230000004580 weight loss Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G61/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G61/12—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule
- C08G61/122—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides
- C08G61/123—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds
- C08G61/126—Macromolecular compounds containing atoms other than carbon in the main chain of the macromolecule derived from five- or six-membered heterocyclic compounds, other than imides derived from five-membered heterocyclic compounds with a five-membered ring containing one sulfur atom in the ring
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L25/00—Compositions of, homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L25/18—Homopolymers or copolymers of aromatic monomers containing elements other than carbon and hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L65/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/84—Layers having high charge carrier mobility
- H10K30/86—Layers having high hole mobility, e.g. hole-transporting layers or electron-blocking layers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/10—Organic polymers or oligomers
- H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
- H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
- H10K85/1135—Polyethylene dioxythiophene [PEDOT]; Derivatives thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/10—Definition of the polymer structure
- C08G2261/11—Homopolymers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/30—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain
- C08G2261/32—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain
- C08G2261/322—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed
- C08G2261/3223—Monomer units or repeat units incorporating structural elements in the main chain incorporating heteroaromatic structural elements in the main chain non-condensed containing one or more sulfur atoms as the only heteroatom, e.g. thiophene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/40—Polymerisation processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/50—Physical properties
- C08G2261/51—Charge transport
- C08G2261/512—Hole transport
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08G—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
- C08G2261/00—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carbon-to-carbon link in the main chain of the macromolecule
- C08G2261/90—Applications
- C08G2261/91—Photovoltaic applications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了一种PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料，由聚苯乙烯磺酸和3,4‑乙烯二氧噻吩聚合而成，采用过硫酸钠、对甲苯磺酸铁和磷酸三乙酯组成的复合催化氧化助剂，其中PEDOT和PSS的重量比为1：5.5‑6.5。其制备方法是通过在真空和/或超声条件下充分反应，当PEDOT和PSS的的重量比达到预设比例时停止反应，将反应液通过阴阳离子树脂混合的交换柱得到PEDOT:PSS分散体原液。该材料应用于有机太阳电池等光电器件，展现出优秀的空穴传输能力，在电荷生成、促进激子解离以及载流子传输等方面也具有杰出表现，能够满足光电器件在多方面的性能需求。
Description
技术领域
本发明涉及光电子器件用空穴注入材料技术领域，尤其涉及一种PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料及其在光电子器件中的应用。
背景技术
PEDOT:PSS即聚(3、4-乙烯二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸(盐))，其中PEDOT主要起导电功能，PSS同时起多种功能。PEDOT之所以具有导电性是因为其具有大π键共轭主链结构，分子链可显阳离子(+)性，可以被阴离子(-)掺杂剂影响使大π键电子云间向给体转移发生电传导，成为可导电的半导体，而PSS是聚阴离子(-)的掺杂剂可以成就PEDOT导电。PEDOT本身酸不溶、碱不溶、溶剂不溶、热不熔融，很难加工应用，单独只能和掺杂剂成膜在介质上，用途有限，如在对甲苯磺酸铁催化、掺杂、交联下的单体EDOT(3、4-乙烯二氧噻吩)原位聚合成主体是PEDOT的“单质”于纸上做固态电容。
使PEDOT能广范应用的是PEDOT：PSS分散体，PSS具有分散性使PEDOT可以分散在水中成为分散液，分散液可以制成多种制剂进行涂布、含浸、喷涂、打印、旋涂、印刷等工艺实现转移，再通过干燥把PEDOT:PSS膜落实在所需器件上。另外，PSS作为PEDOT分散剂也是得益于其是一个模版聚合物，PEDOT可以在其模版上生长3-6重复分布的PEDOT阳离子，落实了具有氧化态的共轭结构保证了电传导性能。PEDOT:PSS材料的导电性主要是靠PEDOT贡献，PEDOT:PSS分散液中较有用途的PEDOT和PSS的重量比例为1：1.6-1:25；1：1.8以下PEDOT要析出，1:20以上导电性很低。PEDOT的功函数为4.8eV，PSS的功函数为5.4eV，比例不同PEDOT:PSS的材料功函数不同，不同比例的功函数对应有不同的制备工艺和用途。譬如，比例1：2-1：2.5时的材料，功函数为～4.9eV，导电性最好，一般用于导电膜、透明导电油墨(ink)、固态电容等器件的导电层，表面电阻一般50-1000Ω/sq.，关注导电性追求宏观低电阻，合成工艺中注重分子链掺杂，粘度、颗粒度不均匀时允许通过均质机粉碎调节。1：2-1：6时功函数为4.8-5.0eV，其中有一大抗静电材料，用于表面需要带导电性的防静电器件，一般表面电阻在105-1010Ω/sq.，合成工艺中主要追求低生产成本和宏观电阻的持久性，一般希望粘度高些有利于涂布。比例为1：6时的功函数为5.0-5.2eV，1：20时功函数为5.2-5.4eV，一般用于有机太阳能电池、有机发光二级管(OLED)等要求空穴传输作用的空穴注入层，这类材料有较的高的功函数可以修饰类似4.7eV低能级ITO阳极存在的缺陷；其中1：6为空穴注入标准材料，如市售的德国贺利氏公司PVP AI4083牌号的PEDOT:PSS分散液产品，表面电阻107-108Ω/sq.，合成工艺操作精细，追求微观均质、匹配性好、粘度低。
光电器件的发展，为获得更好性能的空穴注入用PEDOT:PSS分散液，对其合成提出更高要求。不仅要保证宏观上的光电性能和加工性能，微观特性要求更高，要保证在微观层面能更好地阻挡电子防止载流子复合的空穴迁移率，要做到在微观层面保持匹配的能级和功函数。按公开的台湾专利88113990，电致发光组装用之辅助层，以单体EDOT+PSS+硫酸铁+过硫酸钠的制备合成工艺，现已无法满足高规格的器件要求。具体表现为铁盐催化效果不佳、器件成膜性差，例如在高要求有机太阳能电池中和使用PVP AI4083相比器件反映出VOC(开路电压)、JSC(短路电流)、FF(填充因子:实际最大输出功率除以理想目标输出功率)、PCE(光热转换效率:可理解为光电转换效率)等综合性能差较多。
发明内容
本发明旨在提供一种PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料及其在光电子器件中的应用，解决现有技术存在的上述问题。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料，由聚苯乙烯磺酸(PSS)和3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)聚合而成，采用过硫酸钠(Na2S2O8)、对甲苯磺酸铁(Fe(OTs)3)和磷酸三乙酯组成的复合催化氧化助剂，其中PEDOT和PSS的重量比为1：5.5-6.5。
发明人意外的发现，通过改进PEDOT:PSS的配方，采用对甲苯磺酸铁作为催化剂，并引入磷酸三乙酯作为助剂辅助催化，得到的PEDOT:PSS材料具有优异的空穴传输性能。
从现有技术及公知常识看，单独使用对甲苯磺酸铁或磷酸三乙酯，对PEDOT:PSS的空穴注入性能都是起反作用的。
Fe(OTs)3是一种PEDOT原位聚合的铁盐催化剂、掺杂剂和交联剂，原位聚合生成的是PEDOT“单质”沉淀材料，这个“单质”PEDOT因为Fe(OTs)3而获得较好的导电性，使得在PSS体系中也常尝试将Fe(OTs)3作铁盐催化剂使用。而在PSS体系中，OTs属于小分子阴离子基团，其与聚阴离子PSS是竞争关系，可以取代成为掺杂剂，可能会不稳定地适当提高材料的导电性。但由于Fe(OTs)3也一种交联剂，PEDOT聚合和交联同步进行，会造成局部胶凝，表现为反应中多气泡，有泛渣现象，合成中半微观就极不均质，这作为宏观导电用途没有什么太大影响，例如可以通过均质机多次粉碎解决，但对光电子的空穴注入用途是大忌，因为空穴注入追求的是微观性质匹配，分子配比和结构不均匀的胶团通过宏观物理均质粉碎后微观上还是不均匀的，使用时空穴注入性能会受不均匀性而影响，实际单独以Fe(OTs)3为催化剂按1：6制得的PEDOT:PSS材料其空穴注入的品质还不如硫酸铁工艺。所以，单纯使用Fe(OTs)3作催化剂制PEDOT:PSS不适合空穴注入用途。
而单独的磷酸三乙酯是作为加快PEDOT:PSS中性分散液胶凝化的助剂，例如本申请人的在先专利CN104212243A公开了一种PEDOT/PSS导电油墨及涂层的制备方法，在实施例2中加磷酸三乙酯粘度增加的速度提高4倍，单独作用是为了材料增稠，增稠对油墨用途是好事，但对空穴注入是大忌，因为空穴注入层很薄，一般小于50nm，例如5-15nm，材料粘度低才可能满足这样少的涂布量要求，粘度太高，旋涂设备也不能适合，所以单独使用磷酸三乙酯也不适合空穴注入用途。
本发明意外地发现当Fe(OTs)3和磷酸三乙酯配合使用时，反应中由Fe(OTs)3引起的泛渣现象消失了，而磷酸三乙酯存在的粘度增加的凝胶现象更不可思议地不再出现。想象中的Fe(OTs)3交联、磷酸三乙酯干扰对光电性能的不利影响没有起作用，从而使发明人找到了一个和公知常识相反的特别适合空穴注入用PEDOT:PSS材料的全新工艺。
对于新工艺所能获得的出乎意料的技术效果，其背后的原理发明人目前仍不十分清楚，初步推测，可能是由于磷酸三乙酯具有调节Fe(OTs)3催化效果的作用。可能的原理是，PSS在水中不是溶液，而是胶团分散，磷酸三乙酯作为一种溶剂，可以溶解部分PSS，使缠绕无序的模版分子趋向有序，有利于PEDOT优先在模版上聚合，减少和OTs交联不容易产生析出的小胶团，继而产生消泡、不泛渣的效果，并使Fe(OTs)3的催化作用更有序发挥；同时，参与少量掺杂、交联的OTs使PEDOT:PSS显得更“致密”，改变了磷酸三乙酯对PEDOT:PSS网团影响，稳定了粘度，最终使得微观PEDOT:PSS更规整。另外，磷酸三乙酯可以作为橡胶、塑料等聚合物的增塑剂，其参与使得这种PEDOT:PSS材料具有更优秀的成膜性，同时解决了硫酸铁工艺的器件成膜性差的问题。发明人基于上述发现，完成本发明。
进一步的，所述对甲苯磺酸铁的用量为3,4-乙烯二氧噻吩重量的10-50％，例如12％、15％、18％、21％、25％、27％、35％、39％、42％、45％、48％，对甲苯磺酸铁的优选用量为3,4-乙烯二氧噻吩重量的15-30％，更优选是18-22％。
进一步的，所述磷酸三乙酯的用量为3,4-乙烯二氧噻吩重量的5-300％，例如10％、20％、50％、75％、90％、120％、150％、180％、210％、250％、280％，磷酸三乙酯的优选用量为3,4-乙烯二氧噻吩重量的10-50％，更优选是10-25％。
进一步的，过硫酸钠的用量为3,4-乙烯二氧噻吩重量的120-350％，优选200-250％。
进一步的，PEDOT和PSS的重量比优选为1：6。
本发明还进一步提供上述PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料的制备方法，包括如下步骤：
在惰性气体氛围下，向反应器中加入聚苯乙烯磺酸(PSS)、无氧去离子水、3,4-乙烯二氧噻吩(EDOT)、过硫酸钠(Na2S2O8)、对甲苯磺酸铁(Fe(OTs)3)和磷酸三乙酯，在真空和/或超声条件下充分反应，反应过程中监测进程，当PEDOT和PSS的的重量比达到预设比例(即1：5.5-6.5)时停止反应，将反应液通过阴阳离子树脂混合的交换柱，得到PEDOT:PSS分散体原液。
所述惰性气体可以采用本领域常用的气体，例如氮气、氦气。
作为优选的技术方案，本发明PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料，采用微通道搅拌方法制备，相应的微通道搅拌反应装置，可以采用申请人在先专利CN215389197U公开的一种制备光电子功能材料的反应装置，反应物通过微通道叶轮进行聚合反应，利用具有小剪切效应的微通道搅拌实现细化材料颗粒和均匀粒径。微通道搅拌反应装置的具体结构和工作原理可参阅申请人的上述在先专利，此处不再赘述。
进一步的，微通道的层数为2-12层，优选4-8层，更优选5-6层。
本发明还进一步提供上述PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料在光电子器件中的应用，例如可作为有机太阳能电池空穴注入材料。此外，该材料还可应用于有机光电传感器、柔性光电子器件、有机发光二极管(OLED)等光电器件。
本发明还进一步提供一种有机太阳能电池，包含如下结构：透明电极层/PEDOT:PSS层/活性材料层/阴极介层材料层/银底电极层，所述PEDOT:PSS为上述PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料。
进一步的，所述PEDOT:PSS层的厚度为5-45nm，优选5-25nm，更优选5-16nm。
优选的，所述透明电极采用ITO，所述活性材料选自PM6、L8BO的至少一种，所述阴极介层材料为PDINN。
上述有机太阳能电池可以采用本领域常规方法制备，例如，依次在透明电极上沉积PEDOT:PSS层、旋涂活性材料层和阴极介层材料层，最后通过真空蒸发沉积银底电极层。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
1、本发明通过改进PEDOT:PSS的合成技术，采用对甲苯磺酸铁作为催化剂，并在反应中引入磷酸三乙酯作为水溶性助剂并辅助催化反应，以优化聚PEDOT:PSS的成膜性能。
2、将材料应用于有机太阳能电池，因其更均匀的粒径尺寸和优化的微观配比，在器件中表现出优秀的空穴传输性能，在抑制器件内部的单分子复合或陷阱辅助复合方面表现出色，实现了17.72％的最佳器件效率(PCE)。
3、本发明优化了反应搅拌，优选了可调节层数的(蜂窝)微通道搅拌来实现以上反应。现有的釜壁慢速刮壁锚式、中心高速剪切叶轮的双速搅拌，在合成过程中面临高剪破坏和微观不同位置差异较大，而微通道搅拌方式，在反应釜中通过不断循环实现微观规整操作，具体为利用具有小剪切效应分布均匀的微通道实现细化材料颗粒和均匀粒径，降低了意外产生大颗粒的概率风险，此外搅拌的层数可以调节，容易放大，实现了发明的实用性。
以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
附图说明
图1(a)是PM6(左)和L8-BO(右)的分子结构；
图1(b)是基于在光强为100mWcm-2的模拟AM1.5G光照下测试的电流密度-电压(J-V)特性曲线；
图1(c)是EQE外量子效率光谱及积分电流密度曲线；
图2(a)是饱和光电流密度和有效电流的关系曲线；
图2(b)是在黑暗条件下使用不同PEDOT:PSS作为HTL测量器件的J-V曲线；
图2(c)是使用不同PEDOT:PSS的器件JSC与Plight的关系曲线；
图2(d)是使用不同PEDOT:PSS的器件VOC与Plight的关系曲线。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本发明中的仪器或原料未注明生产厂商的，均为常规商业化仪器或原料。其中，聚苯乙烯磺酸PSS(上海欧依有机光电材料有限公司，质量分数2.8％)，EDOT(贝利科技(重庆)有限公司产99.5％)，对甲苯磺酸铁Fe(OTs)3(上海欧依有机光电材料有限公司)，过硫酸钠Na2S2O8(国药集团化学试剂有限公司产分析纯)，磷酸三乙酯(国药集团化学试剂有限公司产分析纯)，ITO透明导电基底购自无锡利博有限科技公司，PEDOT:PSS(Clevios P VP AI4083)购自德国Heraeus公司，PM6和L8-BO购自朔纶有机光电科技(北京)有限公司(Solarmer Materials Inc.)。
微通道反应器采用专利CN215389197U公开的反应装置，其结构如该专利说明书附图1-3所示，工作原理如该专利说明书第0025-0027段所述。本领域技术人员可以通过上述专利说明书公开的内容知晓该设备的结构、原理、使用方法及技术效果。
本发明实施例中涉及的检测指标如未提及，均采用本领域常规检测方法进行检测。其中，Na+含量采用钠离子计测定，含固量采用干燥失重法测定，粒径采用纳米激光粒度仪测定，粘度采用旋转粘度计测定，表面电阻采用四探针电阻仪测定，透光率及雾度参照标准GB/T 2410-2008进行测试。用Keithley 2400 Source在AM 1.5G照射下测量J-V曲线(100mW cm-2)，使用150W太阳能模拟器(DM-40S3，SAN-EI ELECTRIC，日本)在室温下在手套箱中测量J-V特性。沿着正向扫描方向从-0.2至1V测量J-V特性，使用Keithley 2400Source Measure Unit，扫描步长为50mV，停留时间为10ms。通过使用太阳能电池光谱响应测量系统(QE-R3011，Enlitech)测量外量子效率(EQE)光谱。
实施例1
在配有温度计、冷凝管，可调节层数的微通道反应器(层数为4层，主材为904不锈钢)中用氮气置换，在氮气氛围下加入PSS 890g(质量分数2.8％)，无氧去离子水810g，搅拌溶清，抽真空至-0.095MPa以上，在真空条件下加入EDOT 4.2g，调节转速进行预乳化15min，等待液体成蓝白色半透明乳液后，加入Na2S2O8 9.8g、Fe(OTs)3 0.8g、磷酸三乙酯0.4g(相当于EDOT重量的9.5％)，再次调整转速正式开始反应，控制反应液温度20℃，反应23小时，降低搅拌转速急冷到5℃淬停反应，反应液通过阴阳离子树脂混合的交换柱，得到PEDOT:PSS分散体原液。
实施例2
微通道反应器的层数为6层，其他同实施例1(OE-004)。
实施例3
磷酸三乙酯的用量为1.05g(相当于EDOT重量的25％)，反应器采用偏中心设高速乳化搅拌、中心为慢速锚式搅拌，其他同实施例1。
对比例
德国Heraeus公司的PEDOT:PSS产品Clevios P VP AI 4083。
表1显示了通过微通道搅拌制备的PEDOT:PSS(OE-004)分散体原液和Clevios PVP AI 4083测试数据对比。从表中可以看出，OE-004分散液与4083相比具有相似的含固量和相同粘度的同时，展现出更均匀的粒径尺寸分布(＜50nm)。这主要源于微通道搅拌方法的采用，其微孔乳化作用确保了分散液中颗粒的均匀粒径。此外，微通道中微孔的机械分布均匀性，有效避免了在反应过程中出现大颗粒，与一般反应器相比，避免了意外产生大颗粒的概率风险。进一步地，OE-004在膜片测试中也表现出良好的性能，相较4083具有相同且合适的表面电阻和透光率，且具有更低的雾度(源于更均匀的粒径分布)。
表1不同PEDOT:PSS材料性能对比
应用实施例
为了进一步验证本发明PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料的适用性及其对器件性能的影响，制备结构为：透明电极ITO/PEDOT:PSS(实施例或对比例样品)/活性材料(PM6:L8BO)/阴极介层材料(PDINN)/银底电极(Ag)的有机太阳能电池进行材料对比验证。PM6和L8-BO的分子结构如图1(a)所示。图案化的铟锡氧化物(ITO)玻璃在超声波浴中用洗涤剂、去离子水、丙酮和异丙醇连续清洗两次(每次15min)，之后置于热干燥箱中充分干燥，预清洗的衬底经过紫外臭氧处理(UVO)20min，然后通过旋涂(4000rpm)在ITO表面沉积约15nm厚的PEDOT：PSS(各实施例和对比例)薄膜(PEDOT：PSS在使用前用超纯水稀释，稀释比1:1)，于150℃下热退火20min。然后在其上旋涂PM6和L8-BO(给体浓度7mg mL-1，重量比1:1.2，添加剂二碘辛烷(DIO)浓度为0.25vol％)的混合溶液制备有机活性层，以2600rpm旋涂40s，然后在氮气手套箱中100℃热退火10分钟。之后，以3000rpm的旋涂速率将PDINN溶液(0.5mg/mL的浓度溶解在甲醇中)旋涂在活性层的顶部，持续30s。最后，通过真空蒸发制备了120nm的Ag层(1×10-5Pa的真空条件下)，通过SQC-310C沉积控制器控制蒸发厚度(INFICON，德国)。器件测试用遮罩(mask)的有效面积为3.152mm2。采用实施例1、2、3及对比例制备的有机太阳能电池样品分别编号为E1、E2、E3和E4。
图1(b)是基于在光强为100mWcm-2的模拟AM1.5G光照下测试的电流密度-电压(J-V)特性曲线，具体器件光伏数据如表2所示。表2中基于4083作为HTL制备的器件效率(PCE)为17.89％，短路电流密度(JSC)26.31mAcm-2、开路电压(Voc)0.854V、填充因子(FF)79.60％；使用本发明制备的OE-004作为HTL时，器件效率PCE为17.72％，JSC 26.02mAcm-2、Voc0.857V、FF 79.48％。OE-004与4083相比器件最佳PCE和FF基本一致，且有稍高的Vοc，表现出类似的优秀空穴传输性能。
图1(c)是EQE(外量子效率)光谱及积分电流密度曲线，基于OE-004或4083的器件经EQE光谱计算出的积分电流密度(JCal)分别为25.66和26.05mAcm-2,与J-V曲线中测得的JSC误差在0.5％以内,验证了OE-004在有机太阳电池中的卓越适用性。
表2各有机太阳能电池样品在AM 1.5G照射下的光伏参数
b平均值是从12个独立器件重复的单独实验结果中获得的。
深入到光生电流密度(Jph)与有效电压(Veff)之间的关系有助于分析电荷的生成和激子解离过程。有Jph＝Jlight-Jdark，Veff＝V0-V，其中Jlight和Jdark分别为光电流密度和暗电流密度，V0是Jph＝0时的电压，V是施加的偏置电压。激子解离概率(Pdiss)可以根据以下方程进行评估：Pdiss＝Jph/Jsat。其中Jsat为饱和光电流密度，一般定义为Veff≥2V时Jph的值。
图2(a)显示了Jph与Veff的关系，定义Jsat为Veff＝2V时的Jph值。当使用Clevios PVP AI 4083和OE-004作为HTL制备器件时，计算得到激子解离概率Pdiss分别为96.4％和95.8％，表明OE-004作为HTL较于Clevios P VP AI 4083也可有效促进空穴提取并减少器件界面处电荷复合。
同时，图2(b)显示了在黑暗条件下使用两种PEDOT:PSS作为HTL测量的器件的J-V曲线。使用OE-004的器件相较于Clevios P VP AI 4083器件表现出基本相同的暗电流，表明二者均具有良好的电子阻挡作用并可有效抑制双分子复合。这些结果表明，使用OE-004和4083HTL的PM6:L8-BO基器件均呈现出良好的载流子传输和空穴提取能力，这也验证了J-V测试中观察到的二者应用于器件时的一致出色性能。
为了阐明OE-004 PEDOT:PSS对验证器件的电荷复合的影响，考察了JSC和VOC与光强度(Plight)的依赖性关系。图2(c)和图2(d)分别显示了使用OE-004或Clevios P VP AI4083 HTL的器件JSC和VOC与Plight的关系曲线。通常，JSC-Plight的幂律斜率可通过以下关系确定：JSC∝(Plight)γ。
其中γ是指数因子，而γ越接近1则表示器件中的双分子复合越弱。可以发现，从JSC-Plight曲线可拟合计算出使用OE-004和Clevios P VP AI 4083 HTL的器件的γ分别为0.943和0.945。数据表明，与4083对照组器件相比OE-004基器件具有几乎相等的γ值且非常接近1，这进一步证明OE-004HTL可充分降低器件中的双分子复合并有利于电荷收集。同时优化电极与活性层之间实现界面欧姆接触，从而导致器件79％以上的高FF。
VOC与Plight之间的关系定义为：VOC∝αKBT/q ln(Plight)。其中KB为玻尔兹曼常数，T为开尔文温度，q为电子电荷，α为1到2之间的常数。开路状态下双分子复合在载流子传输过程中占据主导地位，而非双分子复合可以被忽略。图2(d)拟合结果显示OE-004和Clevios PVP AI 4083 HTL的器件VOC与ln(Plight)关系呈线性增长，斜率分别为1.192和1.144KBT/q。基于OE-004的器件较于Clevios P VP AI 4083斜率均非常接近1KBT/q，表明OE-004在抑制器件内部的单分子复合或陷阱辅助复合方面表现出色，这对于器件Voc和FF的性能提升非常有利。
从OE-004基器件性能表征数据来看，其在电荷生成、促进激子解离以及载流子传输等方面的杰出表现，使其可在包括但不限于有机光电传感器、柔性光电子器件和有机发光二极管(OLED)等光电器件中找到应用，这将促使本土产业不断拓展产品线，提高技术多元化。此外，针对不同应用场景，进一步优化OE-004的制备工艺，优化材料的载流子传输性能和光电特性，以实现更高的制备效率和成本效益。这有望推动光电领域的商业化进程，提高生产规模，降低生产成本。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利采用范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。
Claims (10)
1.一种PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料，由聚苯乙烯磺酸和3,4-乙烯二氧噻吩聚合而成，其特征在于，采用过硫酸钠、对甲苯磺酸铁和磷酸三乙酯组成的复合催化氧化助剂，其中PEDOT和PSS的重量比为1：5.5-6.5。
2.如权利要求1所述PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料，其特征在于，对甲苯磺酸铁的用量为3,4-乙烯二氧噻吩重量的10-50％，磷酸三乙酯的用量为3,4-乙烯二氧噻吩重量的5-300％，过硫酸钠的用量为3,4-乙烯二氧噻吩重量的120-350％，PEDOT和PSS的重量比为1：6。
3.如权利要求2所述PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料，其特征在于，对甲苯磺酸铁的用量为3,4-乙烯二氧噻吩重量的18-22％，磷酸三乙酯的用量为3,4-乙烯二氧噻吩重量的10-25％，过硫酸钠的用量为3,4-乙烯二氧噻吩重量的200-250％。
4.权利要求1-3任意一项所述PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在惰性气体氛围下，向反应器中加入聚苯乙烯磺酸、无氧去离子水、3,4-乙烯二氧噻吩、过硫酸钠、对甲苯磺酸铁和磷酸三乙酯，在真空和/或超声条件下充分反应，当PEDOT和PSS的重量比达到预设比例时停止反应，将反应液通过阴阳离子树脂混合的交换柱，得到PEDOT:PSS分散体原液。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，采用微通道搅拌方法制备，反应物通过微通道叶轮进行聚合反应，利用具有小剪切效应的微通道搅拌实现细化材料颗粒和均匀粒径。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，微通道的层数为2-12层。
7.权利要求1-3任意一项所述PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料在光电子器件中的应用。
8.如权利要求7所述PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料在光电子器件中的应用，其特征在于，作为有机太阳能电池空穴注入材料。
9.一种有机太阳能电池，其特征在于，包含如下结构：透明电极层/PEDOT:PSS层/活性材料层/阴极介层材料层/银底电极层，所述PEDOT:PSS采用权利要求1-3任意一项所述PEDOT:PSS高性能光电子空穴注入材料。
10.如权利要求9所述有机太阳能电池，其特征在于，所述PEDOT:PSS层的厚度为5-45nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410146035.XA CN117986543B (zh) | 2024-02-01 | 2024-02-01 | 一种pedot:pss高性能光电子空穴注入材料及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410146035.XA CN117986543B (zh) | 2024-02-01 | 2024-02-01 | 一种pedot:pss高性能光电子空穴注入材料及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117986543A true CN117986543A (zh) | 2024-05-07 |
| CN117986543B CN117986543B (zh) | 2024-07-12 |
Family
ID=90901025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410146035.XA Active CN117986543B (zh) | 2024-02-01 | 2024-02-01 | 一种pedot:pss高性能光电子空穴注入材料及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117986543B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101040002A (zh) * | 2004-08-30 | 2007-09-19 | 信越聚合物株式会社 | 导电性组合物及导电性交联体、电容器及其制造方法、以及抗静电涂料、抗静电膜、抗静电片、滤光器及光信息记录介质 |
| CN102443179A (zh) * | 2011-09-26 | 2012-05-09 | 江西科技师范学院 | 聚（3,4-乙撑二硫噻吩）水分散体的制备方法 |
| CN104672786A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-06-03 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种水溶性pedot-pss分散液及其均相聚合制备方法 |
| CN105153418A (zh) * | 2015-09-30 | 2015-12-16 | 华南理工大学 | 一种聚苯乙烯磺酸分散聚多巴胺—聚3,4-乙撑二氧噻吩复合导电聚合物的制备与应用 |
| CN109575464A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-04-05 | 天津市科莱博瑞科技有限公司 | 聚噻吩/聚苯乙烯磺酸/碳纳米管复合导电分散液及其制备方法 |
| CN113964282A (zh) * | 2020-07-20 | 2022-01-21 | Tcl科技集团股份有限公司 | 空穴功能层薄膜及其制备方法和发光二极管及其制备方法 |
| WO2022260007A1 (ja) * | 2021-06-07 | 2022-12-15 | 国立大学法人大阪大学 | ポリチオフェン化合物および導電性材料組成物 |
| JP2023020170A (ja) * | 2021-07-30 | 2023-02-09 | テイカ株式会社 | 導電性高分子およびその製造方法、導電性高分子製造用酸化剤兼ドーパント、導電性高分子製造用モノマー組成物、並びに電解コンデンサおよびその製造方法 |
-
2024
- 2024-02-01 CN CN202410146035.XA patent/CN117986543B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101040002A (zh) * | 2004-08-30 | 2007-09-19 | 信越聚合物株式会社 | 导电性组合物及导电性交联体、电容器及其制造方法、以及抗静电涂料、抗静电膜、抗静电片、滤光器及光信息记录介质 |
| CN102443179A (zh) * | 2011-09-26 | 2012-05-09 | 江西科技师范学院 | 聚（3,4-乙撑二硫噻吩）水分散体的制备方法 |
| CN104672786A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-06-03 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种水溶性pedot-pss分散液及其均相聚合制备方法 |
| CN105153418A (zh) * | 2015-09-30 | 2015-12-16 | 华南理工大学 | 一种聚苯乙烯磺酸分散聚多巴胺—聚3,4-乙撑二氧噻吩复合导电聚合物的制备与应用 |
| CN109575464A (zh) * | 2018-12-24 | 2019-04-05 | 天津市科莱博瑞科技有限公司 | 聚噻吩/聚苯乙烯磺酸/碳纳米管复合导电分散液及其制备方法 |
| CN113964282A (zh) * | 2020-07-20 | 2022-01-21 | Tcl科技集团股份有限公司 | 空穴功能层薄膜及其制备方法和发光二极管及其制备方法 |
| WO2022260007A1 (ja) * | 2021-06-07 | 2022-12-15 | 国立大学法人大阪大学 | ポリチオフェン化合物および導電性材料組成物 |
| JP2023020170A (ja) * | 2021-07-30 | 2023-02-09 | テイカ株式会社 | 導電性高分子およびその製造方法、導電性高分子製造用酸化剤兼ドーパント、導電性高分子製造用モノマー組成物、並びに電解コンデンサおよびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117986543B (zh) | 2024-07-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nie et al. | Progress in synthesis of conductive polymer poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) | |
| Huang et al. | Improving the efficiency and stability of inverted perovskite solar cells with dopamine-copolymerized PEDOT: PSS as a hole extraction layer | |
| CN104861189B (zh) | 一种原位合成聚3,4‑乙撑二氧噻吩/纳米金属银透明导电涂层的方法 | |
| Lee et al. | Simultaneous enhancement of the efficiency and stability of organic solar cells using PEDOT: PSS grafted with a PEGME buffer layer | |
| KR100718035B1 (ko) | 광전자 소자용 전도성 중합체를 포함하는 분산액 및 필름 | |
| Jia et al. | A low-cost and low-temperature processable zinc oxide-polyethylenimine (ZnO: PEI) nano-composite as cathode buffer layer for organic and perovskite solar cells | |
| Lee et al. | Low-cost and efficient perovskite solar cells using a surfactant-modified polyaniline: poly (styrenesulfonate) hole transport material | |
| KR20050074299A (ko) | 제1의 전도성 공액 중합체 및 제2의 전도성 공액 중합체를포함하는 수성 블렌드 및 필름 | |
| Zhang et al. | Oleamide as a self-assembled cathode buffer layer for polymer solar cells: the role of the terminal group on the function of the surfactant | |
| US8840771B2 (en) | Electrochemical method for depositing nanofibrilar poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) hole extraction layer in organic solar cells | |
| Zhou et al. | Bicontinuous donor and acceptor fibril networks enable 19.2% efficiency pseudo‐bulk heterojunction organic solar cells | |
| CN111883659B (zh) | 一种基于逐步沉积法制备的高效三元有机太阳电池 | |
| Alonzo et al. | Assembly and organization of poly (3-hexylthiophene) brushes and their potential use as novel anode buffer layers for organic photovoltaics | |
| Sun et al. | Copper (II) chloride doped graphene oxides as efficient hole transport layer for high-performance polymer solar cells | |
| Han et al. | Preheated solvent exposure on P3HT: PCBM thin film: A facile strategy to enhance performance in bulk heterojunction photovoltaic cells | |
| Gribkova et al. | The specific effect of graphene additives in polyaniline-based nanocomposite layers on performance characteristics of electroluminescent and photovoltaic devices | |
| Hu et al. | Block copolymers as efficient cathode interlayer materials for organic solar cells | |
| Nasybulin et al. | Electrochemical codeposition of poly (thieno [3, 2-b] thiophene) and fullerene: An approach to a bulk heterojunction organic photovoltaic device | |
| Guo et al. | Enhanced performance of Si/PEDOT: PSS heterojunction solar cells via multi-walled carbons coated with polydopamine | |
| Deng et al. | Interface dipole at nickel oxide surface to enhance the photovoltage of perovskite solar cells | |
| CN117986543B (zh) | 一种pedot:pss高性能光电子空穴注入材料及其制备方法和应用 | |
| Gu et al. | Controllable Optical, Electrical, and Morphologic Properties of 3, 4‐Ethylenedioxythiophene Based Electrocopolymerization Films | |
| KR101410239B1 (ko) | 실리카로 코팅된 코어쉘 구조의 은나노입자층을 포함하는 폴리머 태양전지 | |
| Xu et al. | Enhancing the performance of perovskite solar cell via PVA modification to NiOx hole transport layer | |
| Yi et al. | Facile preparation of a polymer-ZnO composite colloid as an electron transport layer and its effects on inverted polymer solar cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |