?化學(xué)氧化聚合法

化學(xué)氧化聚合法，以過(guò)硫酸銨為氧化劑，質(zhì)子酸為摻雜劑合成了聚乙烯二氧s吩（PEDOT）導(dǎo)電聚合物，研究了摻雜劑種類、聚合溫度以及試劑比例對(duì)聚合速率及電導(dǎo)率的影響。研究結(jié)果表明：鹽酸、冰醋酸及樟腦磺酸摻雜后能顯著提高聚合物的電導(dǎo)率，其中樟腦磺酸摻雜后的電導(dǎo)率g；通過(guò)四探針測(cè)試儀、掃描電鏡、太陽(yáng)電池測(cè)試儀,分別測(cè)試了薄膜對(duì)電極的方塊電阻、表面形貌及其光電性能。質(zhì)子酸摻雜和升高聚合溫度可以明顯加快聚合速率；當(dāng)單體與氧化劑的摩爾比為1：1時(shí)聚合物的電導(dǎo)率g。

?PEDOT:PSSHTL

PEDOT:PSS HTL在器件中主要起著收集和傳輸來(lái)自鈣鈦礦光吸收層的空穴的作用[6]。盡管PEDOT:PSS HTL具有透光率優(yōu)異和制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn), 但是依然存在兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[7, 8, 9, 10, 11]有待進(jìn)一步解決。PEDOT/PSS水性涂料自身優(yōu)異的可加工性為規(guī)模制造大面積的電致變色器件提供了可能性。其一, PEDOT:PSS HTL的導(dǎo)電性能相對(duì)較弱, 在其內(nèi)部電荷無(wú)法地傳輸, 導(dǎo)致HTL和鈣鈦礦層界面處出現(xiàn)電荷累積, 加大了器件的漏電流[7]; 其二, PEDOT:PSS HTL表面缺少鈣鈦礦形核和生長(zhǎng)的有利位置以及存在鈣鈦礦溶液的潤(rùn)濕性問(wèn)題, 較難獲得晶粒尺寸大且覆蓋率高的鈣鈦礦層[8, 11]。為此, 研究人員嘗試引入添加劑對(duì)PEDOT:PSS HTL進(jìn)行修飾。目前已有少量的添加劑用于PEDOT:PSS HTL, 如二甲j亞砜(DMSO)[7]、聚氧h乙烯(PEO)[9]、甲磺酸(MSA)[10]和氧化石墨(GO)[11], 這些添加劑解決上述兩個(gè)問(wèn)題的側(cè)重點(diǎn)有所不同。例如, DMSO主要是提升PEDOT:PSS HTL的導(dǎo)電性能, 其原因在于DMSO能弱化PEDOT分子鏈和PSS分子鏈之間的交互作用, 進(jìn)而促使PEDOT富集相的形成; GO主要是通過(guò)改善鈣鈦礦溶液在PEDOT:PSS HTL表面的潤(rùn)濕性, 達(dá)到降低鈣鈦礦非均勻形核能的目的。然而, 目前鮮有同時(shí)將兩種不同功能的添加劑用于修飾PEDOT:PSS HTL的報(bào)道。此外, 超級(jí)電容器和導(dǎo)電薄膜等領(lǐng)域的研究表明, 具有獨(dú)特電學(xué)和機(jī)械性能的碳納米管(CNTs)能改進(jìn)PEDOT:PSS膜的導(dǎo)電性能[12, 13]。同樣值得借鑒的是Zhang等[14]的研究工作, 他們發(fā)現(xiàn)將CNTs摻入鈣鈦礦層能促進(jìn)晶粒的生長(zhǎng)。

盡管強(qiáng)酸處理能顯著提高PEDOT:PSS薄膜的導(dǎo)電率，但大多數(shù)強(qiáng)酸處理易破壞塑料襯底，影響器件的機(jī)械柔性。為了制備高導(dǎo)電性PEDOT:PSS并避免破壞塑料襯底，一條路線是使用轉(zhuǎn)移-印刷方法。通過(guò)新型Fe(III)氧化劑的自抑制作用，實(shí)現(xiàn)了PEDOT基體對(duì)均勻分散Te顆粒的緊密包覆，成功抑制了Te納米顆粒的氧化。然而，轉(zhuǎn)印-印刷工藝復(fù)雜苛刻，要嚴(yán)格調(diào)控界面間的范德華力。另一種途徑是制備金屬/ PEDOT：PSS的雙層結(jié)構(gòu)的電極。利用金屬薄膜提高電極的方塊電阻，然而，PEDOT:PSS薄膜的導(dǎo)電率（500-1000 S/cm）有待提高；另外，PEDOT:PSS水分散體酸性強(qiáng)（pH=1），對(duì)金屬有腐蝕破壞作用，會(huì)降低電極和器件的性能。而室溫溫和甲磺酸處理為制備柔性的PEDOT:PSS 的塑料電極提供了一條簡(jiǎn)單而有效的途徑。

PEDOT:PSS因其良好的印刷性和柔韌性，是常應(yīng)用于柔性透明電極的導(dǎo)電高分子材料。在以往的研究報(bào)道中，通常采用溶劑摻雜的方法提高PEDOT:PSS薄膜電導(dǎo)率。用途說(shuō)明光電材料高分子導(dǎo)電化合物，用作電極材料，抗靜電劑，光電轉(zhuǎn)化材料等。但這種方法提高電導(dǎo)率的程度有限，并且PEDOT:PSS薄膜自身的靛藍(lán)色不利于作為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的透明電極。一種采用氟離子液體作為PEDOT:PSS添加劑，來(lái)調(diào)控PEDOT和PSS二者相分離，實(shí)現(xiàn)制備網(wǎng)格狀PEDOT:PSS薄膜。這種結(jié)構(gòu)可提高PEDOT:PSS薄膜電導(dǎo)率超過(guò)4000 S/cm,并顯著提高了薄膜的透光率。研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合其印刷電子的研究基礎(chǔ)，采用狹縫擠出工藝，宏量印刷了PEDOT:PSS柔性透明電極，并成功應(yīng)用于柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和模組中。