一种杂化导电聚合物分散体系及其制备方法和应用

本发明涉及有机光电器件，更具体地，涉及一种杂化导电聚合物分散体系及其制备方法和应用。

背景技术：

1、太阳能是人类赖以生存的清洁能源；利用太阳能是解决日前石化能源所面临的污染与短缺的问题的最佳途径。太阳能电池使将太阳能直接转化为电能的光电器件，是利用太阳能最有效的方式之一，因此已成为目前产业界相当重要的研究课题之一。与传统的无机硅太阳能电池相比，有机太阳能电池(opvs)因其独特的优异性能日益受到了重视，有望成为最有发展潜力的太阳能供电技术，其优势表现为：有机材料合成成本低，功能和结构易于调制，毒性较低，柔韧性及成膜性都比较好，可大面积制备，可使用柔性衬底，轻便易携带等。

2、近年来，为了提高有机太阳能电池的光电转换效率，研究者从活性层材料，阳、阴极界面材料等各个方面对其进行了研究，其中，在有机活性层和阳极中增加的阳极界面修饰层可以有效降低光生激子在有机层与电极界面处的猝灭率，使光生激子能更充分地分离为电子和空穴，有利于电荷收集和传输，从而提高电池总体的效率。阳极界面材料目前主要有聚合物和金属氧化物两类材料。聚合物界面材料如聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)(pedot:pss)具有较高的透明度和导电性，良好的工艺加工性和可调的功函数，因此其成为目前最常用的空穴传输材料，但是pedot:pss具有酸性和吸湿性会影响器件的稳定性。而金属氧化物如moo3、v2o5、wo3等虽然具有良好的导电性和稳定性，但是其多采用热蒸镀、电子束蒸发、真空溅射等多种方法沉积成膜，成本较高，不易于大规模制备，而且金属氧化物存在较多的缺陷态密度，影响电荷的分离和传输。因此，本领域需要开发一种新的阳极界面复合材料来改善器件的稳定性，且具有更高的光电转换效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种杂化导电聚合物分散体系，所述杂化导电聚合物分散体系通过杂多酸化合物与芳香环或芳香杂环单体化合物混合反应，再与pedot:pss共同作用，应用于有机光电器件中能够有效改善其酸性，稳定性方面提升较为明显。

2、本发明的另一目的在于提供所述杂化导电聚合物分散体系的制备方法。

3、本发明的另一目的在于提供一种有机光电器件用阳极界面复合材料墨水。

4、本发明的另一目的在于提供所述有机光电器件用阳极界面复合材料的制备方法。

5、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

6、一种杂化导电聚合物分散体系，包括摩尔比为3：1～1：30的杂多酸化合物与芳香环或芳香杂环单体化合物混合，并使芳香环或芳香杂环单体发生氧化聚合反应，得到所述杂化导电聚合物分散体系。

7、上述方案中杂化导电聚合物分散体系与pedot:pss或其水溶液混合制得的复合材料可共同调节阳极界面的功函，降低界面酸度，同时，相对于直接加入杂多酸化合物，制备成杂化导电聚合物分散体系可以使得pedot:pss中的pedot和pss更好的相分离，提高其电导率；应用于有机太阳能电池中，能够有效调节其作为有机活性层和电极之间的接触功能，从而提高器件的性能。

8、进一步地，所述杂多酸化合物的浓度为1～25mg/ml。

9、进一步地，所述芳香环或芳香杂环单体化合物的浓度为0.1～50mg/ml。

10、本发明中，所述摩尔比为3：1～1：30例如但不限于3：1、2：1、1：1、1：2、1：3、1：4、1：5、1：6、1：7、1：8、1：9、1：10、1：11、1：12、1：13、1：14、1：15、1：16、1：17、1：18、1：19、1：20、1：21、1：22、1：23、1：24、1：25、1：26、1：27、1：28、1：29或1：30等均能实现本发明。进一步地，所述摩尔比为1：0.5～1：15。

11、更进一步地，所述摩尔比为1：1～1：8。

12、进一步地，所述杂多酸化合物包括至少选自含有钼、钨、钒中的任意一种或者两种以上的组合的杂多酸。

13、在一些实施例中，所述杂多酸化合物还可含有磷、硅、锗或砷等元素，但不限于此。

14、进一步地，所述杂多酸化合物可以是杂多酸盐，例如铵盐、钠盐、钾盐等。

15、进一步地，所述芳香环或芳香杂环单体化合物为苯胺、噻吩、吡咯、呋喃和苯环及其衍生物中的一种或多种。

16、具体地，所述衍生物为带有取代基的苯胺、噻吩、吡咯、呋喃和苯环中的一种或几种，所述取代基包括但不限于碳原子数为1～8的烷基、碳原子数为1～8的烷氧基、卤素或醛基中的一种或几种。

17、应当理解的是，所述苯环为c6h6。

18、具体地，根据选择的单体化合物，所述芳香环或芳香杂环单体化合物经聚合形成包括但不限于吡咯均聚物、吡咯嵌段聚合物、取代吡咯无规共聚物、吡咯与甲氧基噻吩嵌段聚合物、吡咯与甲氧基噻吩无规共聚物等。

19、具体地，所述氧化聚合反应时间为24～48小时。

20、具体地，所述氧化聚合反应温度为室温。

21、具体地，所述溶剂包括水、醇类溶剂或醚类溶剂中的一种或几种。所述溶剂是为了便于原料分散。

22、具体地，所述醇类溶剂包括但不限于甲醇、乙醇、异丙醇、叔丙醇或乙二醇中的一种或几种，所述醚类溶剂包括但不限于乙醚、四氢呋喃、甲基四氢呋喃或茴香醚中的一种或几种。

23、本发明还提供一种有机光电器件用阳极界面复合材料墨水，包含：

24、上述杂化导电聚合物分散体系；

25、pedot:pss或其水溶液。

26、在一些实施方式中，所述杂化导电聚合物分散体系与pedot:pss或其水溶液的体积比为1：100～100：100。例如但不限于1：100、2：100、3：100、4：100、5：100、6：100、7：100、8：100、9：100、10：100、20：100、30：100、40：100、50：100、60：100、70：100、80：100、90：100或100：100等均能实现本发明。进一步地，所述杂化导电聚合物分散体系与pedot:pss或其水溶液的体积比为3：100～20：100。

27、更进一步地，所述杂化导电聚合物分散体系与pedot:pss或其水溶液的体积比为7：100～10：100。

28、在一些具体实施方式中，所述有机光电器件用阳极界面复合材料为流体均匀分散体系。

29、本发明还提供上述有机光电器件用阳极界面复合材料墨水的制备方法，包括如下步骤：

30、将杂化导电聚合物分散体系和pedot:pss或其水溶液混合均匀得到。

31、所述有机光电器件用阳极界面复合材料墨水在制备有机光电器件阳极界面层薄膜中的应用。

32、具体地，可以通过旋涂或印刷方式将上述有机光电器件用阳极界面复合材料墨水沉积处理，形成阳极界面层薄膜。

33、一种有机太阳能电池，含有所述墨水形成的阳极界面层薄膜。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

35、本发明提供了一种杂化导电聚合物分散体系，所述杂化导电聚合物分散体系用于制备阳极界面复合材料，可以有效调节有机活性层和电极之间的接触性能，从而提高器件的性能；此外，所提供的杂化导电聚合物分散体系能够有效调整pedot:pss或其水溶液的酸碱性，能够有效改善复合材料在作为阳极界面的稳定性；将其应用于电极界面修饰时，可以调节阳极界面层的表面功函；制得的器件的稳定性和光电转换效率均提高，效率均不低于17％。