?化學氧化聚合法

化學氧化聚合法，以過硫酸銨為氧化劑，質(zhì)子酸為摻雜劑合成了聚乙烯二氧s吩（PEDOT）導電聚合物，研究了摻雜劑種類、聚合溫度以及試劑比例對聚合速率及電導率的影響。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率，其中樟腦磺酸摻雜后的電導率g；通過四探針測試儀、掃描電鏡、太陽電池測試儀,分別測試了薄膜對電極的方塊電阻、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；當單體與氧化劑的摩爾比為1：1時聚合物的電導率g。

?PEDOT:PSSHTL

PEDOT:PSS HTL在器件中主要起著收集和傳輸來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)異和制備工藝簡單等優(yōu)點, 但是依然存在兩個關鍵問題[7, 8, 9, 10, 11]有待進一步解決。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的導電性能相對較弱, 在其內(nèi)部電荷無法地傳輸, 導致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的有利位置以及存在鈣鈦礦溶液的潤濕性問題, 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PEDOT:PSS HTL進行修飾。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問題的側(cè)重點有所不同。例如, DMSO主要是提升PEDOT:PSS HTL的導電性能, 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, 進而促使PEDOT富集相的形成; GO主要是通過改善鈣鈦礦溶液在PEDOT:PSS HTL表面的潤濕性, 達到降低鈣鈦礦非均勻形核能的目的。然而, 目前鮮有同時將兩種不同功能的添加劑用于修飾PEDOT:PSS HTL的報道。此外, 超級電容器和導電薄膜等領域的研究表明, 具有獨特電學和機械性能的碳納米管(CNTs)能改進PEDOT:PSS膜的導電性能[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晶粒的生長。

盡管強酸處理能顯著提高PEDOT:PSS薄膜的導電率，但大多數(shù)強酸處理易破壞塑料襯底，影響器件的機械柔性。為了制備高導電性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。通過新型Fe(III)氧化劑的自抑制作用，實現(xiàn)了PEDOT基體對均勻分散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-印刷工藝復雜苛刻，要嚴格調(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薄膜的導電率（500-1000 S/cm）有待提高；另外，PEDOT:PSS水分散體酸性強（pH=1），對金屬有腐蝕破壞作用，會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單而有效的途徑。

PEDOT:PSS因其良好的印刷性和柔韌性，是常應用于柔性透明電極的導電高分子材料。在以往的研究報道中，通常采用溶劑摻雜的方法提高PEDOT:PSS薄膜電導率。用途說明光電材料高分子導電化合物，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率的程度有限，并且PEDOT:PSS薄膜自身的靛藍色不利于作為鈣鈦礦太陽能電池的透明電極。一種采用氟離子液體作為PEDOT:PSS添加劑，來調(diào)控PEDOT和PSS二者相分離，實現(xiàn)制備網(wǎng)格狀PEDOT:PSS薄膜。這種結(jié)構(gòu)可提高PEDOT:PSS薄膜電導率超過4000 S/cm,并顯著提高了薄膜的透光率。研究團隊結(jié)合其印刷電子的研究基礎，采用狹縫擠出工藝，宏量印刷了PEDOT:PSS柔性透明電極，并成功應用于柔性鈣鈦礦太陽能電池和模組中。