DE10340642A1

DE10340642A1 - Toluene solutions of polyaniline for producing thin layers, e.g. for use in electronics, contain an aliphatic hydrocarbon to increase the conductivity of the layer

Info

Publication number: DE10340642A1
Application number: DE2003140642
Authority: DE
Inventors: Adolf Bernds; Alessandro Manuelli; Henning Dr. Rost
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: PolyIC GmbH and Co KG
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2005-04-07

Abstract

Solutions of polyaniline in toluene contain an aliphatic hydrocarbon. Independent claims are also included for (1) production of conductive thin layers using the above solutions; and (2) conductive thin layers of polyaniline thus obtained, the layers (i) having a conductivity above 110 (especially above 125) S/cm or (ii) being free of m-cresol and having a conductivity above 20 (especially above 80) S/cm.

Description

In organischen Feldeffekt-Transistoren (OFETs), organischen Leuchtdioden (OLEDs), Fotodetektoren, fotovoltaischen Bauelementen und anderen Polymerelektronik-Bauelementen werden dünne leitfähige Strukturen als Leiterbahnen und Elektroden eingesetzt. Dabei ist es von Vorteil, Materialien mit hoher Leitfähigkeit zu verwenden.In organic field effect transistors (OFETs), organic light-emitting diodes (OLEDs), photodetectors, photovoltaic devices and others Polymer electronic devices become thin conductive structures as interconnects and electrodes used. It is an advantage, materials with high conductivity to use.

In der Literatur werden metallische Elektroden und Leiterbahnen beispielsweise aus Gold erwähnt, die naturgemäß eine hohe Leitfähigkeit aufweisen, das heißt größer als 1000 S/cm. So beispielsweise in Fix W. et al.: "Fast Polymer Integrated Circuits", Appl. Phys. Lett. 81, (9), 2002, Seiten 1735 bis 1737.In The literature will be metallic electrodes and printed conductors, for example mentioned in gold, the nature of a high conductivity have, that is greater than 1000 S / cm. For example, in Fix W. et al .: "Fast Polymer Integrated Circuits", Appl. Phys. Lett. 81, (9), 2002, pages 1735 to 1737.

Dünne Schichten, aus denen im Anschluss die Elektroden und Leiterbahnen aufgebaut werden, können aus Metallen im Allgemeinen nicht mit einfachen und kostengünstigen Verfahren, wie etwa Spincoating, Rakeln oder Drucken, aufgebracht werden, sondern müssen mit Hilfe aufwändiger und teuerer Vakuumtechnik, wie etwa Sputtern oder Aufdampfen, erzeugt werden.Thin layers, from which the electrodes and conductor tracks are built can, can Of metals generally not easy and inexpensive Methods such as spin coating, doctor blading or printing applied but have to with the help of more elaborate and expensive vacuum technology, such as sputtering or vapor deposition become.

In Rost H. et al.: "All-Polymer Organic Fieldeffect-Transistors", in "Proc. Mat. Week", von der Werkstoff-Informationsgesellschaft mbH veröffentlichte CD, Frankfurt, Deutschland, ISBN 3-88355-302-6 und in Sirringhaus H. et al.: "High-Resolution Inkjet Printing of All-Polymer Transistor Circuits", Science 290, 2000, Seiten 2123 bis 2126 werden jedoch auch bereits einfach aus Lösung zu prozessierende leitfähige Polymere als Elektrodenmaterial für OFETs beschrieben, die mit den eben genannten kostengünstigen Nassprozesstechniken hergestellt werden können. Der Nachteil dieser Materialien besteht gegenwärtig noch darin, dass die Leitfähigkeit der polymeren Leiter mehrere Größenordnungen unter der von Metallen liegt, was durch den höheren elektrischen Widerstand im Bauelement zu einer geringeren Performance führen kann.In Rost H. et al .: "All-polymer Organic Field-Effect Transistor ", in" Proc. Mat. Week ", from the Materials Information Society mbH published CD, Frankfurt, Germany, ISBN 3-88355-302-6 and in Sirringhaus H. et al .: "High Resolution Inkjet Printing of All-Polymer Transistor Circuits ", Science 290, 2000, However, pages 2123 to 2126 are already easy to solve processing conductive Polymers described as electrode material for OFETs with the just mentioned inexpensive Wet processing techniques can be produced. The disadvantage of these materials is currently still in that the conductivity the polymer conductor several orders of magnitude below which is due to the higher electrical resistance of metals in the component can lead to a lower performance.

Eine Möglichkeit, Polyanilin (PANI) mit einer für leitfähige Polymere relativ guten Leitfähigkeit zur Verfügung zu stellen, besteht in der Herstellung einer Mischung der PANI-Emeraldin-Base mit Camphersulfonsäure (CSA) als Dotierungsmittel und meta-Kresol als Lösungsmittel. Auf diese Weise sind durch beispielsweise Spincoating leitfähige Schichten in der Größenordnung von 100 S/cm erhältlich. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht in dessen gewerberechtlicher Bedenklichkeit, da meta-Kresol als extrem giftig und sogar krebserregend eingestuft ist.A Possibility, Polyaniline (PANI) with a for conductive Polymers of relatively good conductivity to disposal to provide a mixture of the PANI-emeraldine base with camphorsulfonic (CSA) as a dopant and meta-cresol as a solvent. In this way are for example by spin coating conductive layers of the order of magnitude available from 100 S / cm. One Disadvantage of this method is its commercial law Critical because meta-cresol is extremely toxic and even carcinogenic is classified.

Es ist also Aufgabe der vorliegenden Erfindung, kommerziell erhältliche leitfähige Polymere so zu modifizieren, dass deren Leitfähigkeit bei gleich bleibender Prozessierbarkeit deutlich erhöht wird.It is therefore an object of the present invention, commercially available conductive Modify polymers so that their conductivity remains constant Processability significantly increased becomes.

Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These The object is specified by the in the independent patent claims Inventions solved. Advantageous embodiments emerge from the dependent claims.

Dementsprechend enthält eine Lösung aus Polyanilin in Toluol einen aliphatischen Kohlenwasserstoff. Selbstverständlich kann sie auch mehrere aliphatische Kohlenwasserstoffe enthalten.Accordingly contains a solution from polyaniline in toluene an aliphatic hydrocarbon. Of course it may also contain several aliphatic hydrocarbons.

Der aliphatische Kohlenwasserstoff ist vorzugsweise Hexan und/oder Pentan.Of the aliphatic hydrocarbon is preferably hexane and / or pentane.

Das Gewichtsverhältnis von Polyanilin in Toluol einerseits und aliphatischem Kohlenwasserstoff andererseits beträgt vorzugsweise 3 : 1 bis 1 : 3, insbesondere 1 : 1.The weight ratio of polyaniline in toluene on the one hand and aliphatic hydrocarbon on the other is preferably 3: 1 to 1: 3, in particular 1: 1.

In einem Verfahren zur Herstellung einer leitfähigen Polyanilin-Dünnschicht wird vorzugsweise eine Lösung der vorher genannten Art verwendet. Das Verfahren ist insbesondere ein Spincoat-, Druck- und/oder Rakelverfahren.In a method for producing a conductive polyaniline thin film is preferably a solution used the aforementioned type. The method is particular a spin coating, printing and / or doctoring process.

Eine leitende Polyanilin-Dünnschicht ist vorzugsweise nach einem Verfahren der vorgenannten Art hergestellt. Mit besonderem Vorteil weist eine Polyanilin-Dünnschicht eine Leitfähigkeit von mehr als 110 S/cm auf, insbesondere mehr als 125 S/cm. Ebenfalls von besonderem Vorteil weist eine meta-Kresol-freie und/oder meta-Kresol-frei hergestellte Polyanilin-Dünnschicht eine Leitfähigkeit von mehr als 20 S/cm auf, insbesondere mehr als 80 S/cm.A conductive polyaniline thin film is preferably prepared by a method of the aforementioned type. With particular advantage, a polyaniline thin film has a conductivity of more than 110 S / cm, in particular more than 125 S / cm. Also Of particular advantage is a meta-cresol-free and / or meta-cresol-free produced polyaniline thin film a conductivity of more than 20 S / cm, in particular more than 80 S / cm.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.Further Advantages and features of the invention will become apparent from the description an embodiment.

Es wurde überraschend gefunden, dass sich durch Zusatz von aliphatischen Kohlenwasserstoffen, wie beispielsweise Hexan, Pentan etc., zu kommerziell erhältlichen Lösungen von Polyanilin in nicht-toxischem Toluol, wie beispielsweise "Panipol T" der Firma Panipol, die Leitfähigkeit von aus diesen Lösungen erzeugten dünnen Filmen um mehr als den Faktor 10 von etwa 10 S/cm auf etwa 130 S/cm erhöhen lässt. Es werden aliphatische Kohlenwasserstoffe mit niedrigem Siedepunkt bzw. hohem Dampfdruck zu Lösungen von leitfähigem Polyanilin in Toluol zugesetzt. Werden mit derartig modifizierten Lösungen dünne Schichten durch beispielsweise Rakeln oder Spincoaten erzeugt, so ist eine deutlich erhöhte elektrische Leitfähigkeit innerhalb der Schicht zu verzeichnen.It has surprisingly been found that by adding aliphatic hydrocarbons, such as hexane, pentane, etc., to commercially available solutions of polyaniline in non-toxic toluene, such as "Panipol T" Panipol, the conductivity of these solutions produced increase thin films by more than a factor of 10 from about 10 S / cm to about 130 S / cm. Aliphatic hydrocarbons of low boiling point or high vapor pressure are added to solutions of conductive polyaniline in toluene. If thin layers are produced with, for example, doctor blades or spincoats with such modified solutions, a markedly increased electrical conductivity is achieved within the layer to record.

Beispielsweise wird eine 3,8 %ige Lösung (8mL) von Polyanilin (Emeraldin-Salz) in Toluol ("Panipol T") mit 4mL Hexan versetzt und mehrere Minuten in einem Becherglas gerührt. Diese Mischung wird durch Spincoating bei 3000 r/m für 30 Sekunden auf ein mit Aceton gereinigtes PET-Substrat aufgebracht und anschließend bei 60°C auf einer Hotplate getrocknet. Die Leitfähigkeit der erzeugten Schicht beträgt 110 S/cm.For example is a 3.8% solution (8mL) of polyaniline (emeraldine salt) in toluene ("Panipol T") with 4mL hexane and several Stirred for minutes in a beaker. This mixture is made by spin coating at 3000 r / m for 30 seconds applied with acetone purified PET substrate and then at 60 ° C on a hotplate dried. The conductivity of the produced layer is 110 S / cm.

Claims

Solution of polyaniline in toluene, characterized in that it contains an aliphatic hydrocarbon.

solution according to claim 1, characterized in that the aliphatic hydrocarbon is hexane and / or pentane.

solution according to one of the preceding claims, characterized that the weight ratio of polyaniline in toluene on the one hand to the aliphatic hydrocarbon on the other hand 3: 1 to 1: 3, in particular 1: 1.

Method for producing a conductive thin film, where a solution according to one of the claims 1 to 3 is used.

Method according to claim 4, characterized in that that the process is a spin coating, printing and / or doctoring process is.

Conductive polyaniline thin film, characterized that they according to a method according to one of claims 4 or 5 is made.

Polyaniline thin film, characterized in that it has a conductivity of more than 110 S / cm, in particular more than 125 S / cm.

Meta-cresol-free and / or meta-cresol-free produced Polyaniline thin film, characterized in that it has a conductivity of more than 20 S / cm in particular more than 80 S / cm.