[发明专利]高度导电且稳定的透明导电聚合物膜

说明书

发明领域

本发明涉及用于合成导电聚合物膜的方法，所述导电聚合物膜通过杂芳族分子的聚合形成。本发明特别涉及聚合的噻吩膜例如聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)膜的合成。 

发明背景 

开发用作光电设备中的电极的材料是引起巨大研究兴趣的领域，所述光电设备例如场效应晶体管(FET)、发光二极管、光伏器件(PVD)和太阳能电池。传统上，广泛使用的电极材料是作为透明前电极的铟-锡-氧化物(ITO)及作为后电极的诸如铝、钡、钙、金及类似物的金属。然而，ITO在沉积到柔性基片和经受弯曲时遭遇破裂和导电率损失。此外，光电显示行业的快速发展已经显著提高了用于生产ITO电极的原材料铟的价格。迫切需要诸如ITO的无机电极材料的替代物。 

从ITO电极来观察，提供柔性电极材料以解决破裂和随后的导电率损失是非常重要的。导电聚合物薄膜被视为有吸引力的替代物。对聚合物电子装置快速增长的兴趣起因于期望获得可以以低成本生产重量轻的、柔性电子元件。 

近年来，已出现聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)作为用于柔性聚合物电子装置的优异的候选材料。PEDOT是在其导电状态具有良好的稳定性和光学透光度的导电聚合物。PEDOT自身是不溶的，但在水溶性电解液聚(苯乙烯磺酸)(PSS)存在下的合成允许形成稳定的PEDOT-PSS悬浮液，该悬浮液显示良好的成膜性能。当经过特殊处理时，PEDOT-PSS膜可具有达到160S/cm的导电率，所述特殊处理例如用甘油或乙二醇第二次掺杂。然而，该导电率仍远非ITO所见的导电率(在4000S/cm的范围)。PEDOT-PSS膜在以下文献中描述：Jonsson，S.K.M.，等人，Synthetic Metals，2003.139(1)：1-10，J，Huang.，等人，Advanced Functional Materials，2005.15(2)：290-296和J，Ouyang.，等人，Polymer，2004.45(25)：8443-8450。 

为了寻求导电率的进一步改善，广泛研究了PEDOT导电聚合物膜的化学合成。汽相聚合的PEDOT(VPP-PEDOT)膜是特别有吸引力的，与PEDOT-PSS膜相比，提供了更高的导电率和透射率。VPP-PEDOT合成在以下文献中描述：Jinyeol，K.，等人Synthetic Metals，2003.139(2)：485-489，Winther-Jensen，B.，等人，Macromolecules 2004.37(16)：5930-5935和Winther-Jensen，B.和West，K.2004.Macromolecules 37(12)：4538-4543以及WO2005/103109。 

导致形成PEDOT的聚合方法包括(1)当电子从EDOT杂芳环被抽出时3，4-亚乙基二氧噻吩(EDOT)单体的氧化，(2)两个氧化的单体的结合而形成二聚体并释放质子，和(3)二聚体的进一步氧化和三聚体的形成，等等，直至形成PEDOT长链。EDOT单体和PEDOT二聚体、三聚体及无限长链的离子电位分别为1.1V、0.46V、0.16V和-0.25V(对Ag/Ag+)。因此，只要形成低聚物则聚合迅速加快。 

现有的VPP-PEDOT合成途径包括3个关键步骤：氧化剂沉积、单体聚合和残余氧化剂的去除。首先，通过采用氧化剂与胺或酰胺阻聚剂在有机溶剂的溶液进行的旋涂法或凹版印刷法或丝网印刷法，在通常为玻璃或塑料的基片上沉积氧化剂层。通过加热干燥后，将带有氧化剂层的基片转移至反应室。带有氧化剂层的基片暴露于反应室中蒸发的EDOT单体。当EDOT单体蒸汽接触基片上的氧化剂层时发生聚合，从而在基片表面上形成PEDOT膜。在聚合物膜形成后，洗涤带有PEDOT膜的基片以除去残余的氧化剂和残留的任何阻聚剂。通常用乙醇或甲醇进行洗涤。