一種導電膠及其制備和應用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子材料領域，更具體地，涉及一種導電膠及其制備，以及在有機太陽能電池和鋰離子電池中的應用。
【背景技術】
[0002]導電膠是一種固化或干燥后具有一定導電性能的膠黏劑，它通常以基體樹脂和導電填料即導電粒子為主要組成成分，通過基體樹脂的粘接作用把導電粒子結合在一起，形成導電通路，實現被粘材料的導電連接。
[0003]在有機太陽能電池領域中，通常頂電極的制作需要使用復雜的真空設備蒸鍍金屬，如金、銀、鋁、鈣等，但蒸鍍金屬需要真空設備，導致制作有機太陽能電池成本較高。
[0004]在鋰離子電池領域中，硅基電極的制備通常采用的是以聚偏氟乙烯、N-甲基吡咯烷酮、乙炔黑以及活性材料攪拌成漿料涂布烘干而成，制備過程中由于聚偏氟乙烯失去粘附性斷裂，而導致鋰離子電池容量的衰減，此外，N-甲基吡咯烷酮在干燥過程中易揮發，有毒，易污染環境。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是在于提供一種具有導電、粘接作用的導電膠，可以應用在有機太陽能電池領域和鋰離子電池領域中。在有機太陽能電池領域中，可以將頂電極與電池粘連在一起，避免成本較高的真空設備的使用；在鋰離子電池領域中，可克服由于充放電時硅體積膨脹引起的硅電極與活性物質分離，避免電池容量下降過快。
[0006]本發明提出的導電膠，其特征在于，其由以下重量份數的原料配制成:PEDOT:PSS20-40份，醋酸乙烯酯與丙烯酸酯共聚物10-40份，導電添加劑1-8份。
[0007]PEDOT:PSS是一種高分子聚合物的水溶液，導電率很高，根據不同的配方，可以得到導電率不同的水溶液，該產品是由PEDOT和PSS兩種物質構成，其中PEDOT是EDOT (3，4-乙撐二氧噻吩單體)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸鹽。PEDOT:PSS目前廣泛應用于有機發光二極管0LED、有機太陽能電池、有機薄膜晶體管、超級電容器等領域。所述PED0T:PSS中，起到導電作用的為PEDOT，PSS與PEDOT的靜電結合可以增加水溶性，有利于加工；PSS沒有導電性。
[0008]所述導電添加劑可以調節導電膠的電導率在一定范圍內變化，可選用乙二醇、D-山梨醇、二甲亞砜的一種或幾種的組合。添加的導電添加劑為極性物質，其中的極性基團的偶極與PEDOT鏈相互作用，使得PEDOT鏈發生構象變化，由苯式向醌式變化，進而使電導率提高。根據添加劑比例的不同，可使導電膠電導率在一定范圍內變化。
[0009]所述的醋酸乙烯酯與丙烯酸酯共聚物基底提供了良好的黏結性，可以有效的將還原的氧化石墨稀CrGO)薄膜或PED0T:PSS薄膜粘連在有機太陽能電池中作為頂電極。
[0010]本發明提出的導電膠，其制備方法為:
[0011](I)原料準備步驟:PED0T:PSS 20-40份、醋酸乙烯酯與丙烯酸酯共聚物10-40份、導電添加劑1-8份；
[0012](2)混合攪拌步驟:在室溫條件下，將所述原料混合，攪拌3-6小時，直至混合物顏色均勻，得到導電膠。
[0013]進一步的，所述制備方法的攪拌步驟中，可以采用機械攪拌或磁力攪拌。
[0014]本發明提出的導電膠，在有機太陽能電池制備應用領域，利用層壓方法，在頂電極與活性層間旋涂導電膠后，施加適當壓力，使頂電極與活性層黏結起來，可以避免使用真空設備，有效降低制作成本。
[0015]本發明提出的導電膠，在鋰電池制備應用領域，在導電膠與硅粒子攪拌過程中，加入重量0.4%非離子型表面活性劑，更好地利用導電膠將硅粒子包覆起來，可克服由于充放電時硅粒子膨脹引起的硅電極與活性物質分離，避免電池容量下降過快。
[0016]實驗測試結果表明，本發明提出的導電膠的透光性和導電率好，在300_800nm波長范圍內，導電膠透光率>70%，導電率最高可以達到4.91S/cm ;電導率可調，根據不同配比，可以使得電導率在10_7S/Cm-5S/Cm范圍內變化。本導電膠能有效應用在光電子器件中，尤其在有機太陽能電池領域以及鋰離子電池領域。
【附圖說明】
[0017]圖1為不同類型和比例的導電添加劑的導電膠電導率隨溫度變化情況；
[0018]圖2為不同類型導電添加劑的導電膠的透光率；
[0019]圖3為導電I父在有機太陽能電池中的應用結構不意圖；1、透明基底；2、ITO底電極；3、PEI修飾層;4、活性層P3HT:1CBA ;5、緩沖層PEDOT:PSS (AI4083) ;6、導電膠層;7、頂電極(為還原的氧化石墨稀(rGO)薄膜或PEDOT: PSS薄膜等方阻較低的薄膜)。
【具體實施方式】
[0020]下面結合具體實施例對本發明進一步說明。
[0021]本發明中，rpm為每分鐘轉速，wt為質量分數。PH1000為一種PEDOT:PSS的商品名，電導率約為lS/cm，AI4083為一種PEDOT:PSS的商品名，電導率約為10_3S/cm。
[0022]實施例1
[0023]本實施例的導電膠以重量份數記，由醋酸乙烯酯與丙烯酸酯共聚物20份，PEDOT:PSS (PH1000) 20份以及乙二醇I份在室溫下利用磁力攪拌3個小時混合至顏色均一而成。電導率為1.143/011，透光率在50011111波長時為90%。
[0024]有機太陽能電池的制作為:在ITO玻璃上以5000rpm轉速，旋涂0.4wt%的PEI醇溶液I分鐘，在100°C熱臺上加熱10分鐘；用800rpm旋涂40mg/ml的P3HT:1CBA(1:1) 二氯苯溶液40秒，在150°C熱臺上加熱1min ;用3000rpm旋涂PED0T:PSS (AI4083) I分鐘，150°C熱臺上加熱5分鐘；用3000rpm旋涂導電膠I分鐘后，利用層壓方法，施加適當壓力，將頂電極直接按壓在導電膠上，使頂電極與活性層黏結起來，之后再140°C退火3分鐘完成有機太陽能電池的制作。
[0025]利用本實施例的導電膠制備的有機太陽能電池，開路電壓V。。= 0.84V，短路電流Jsc= 6.04mA cnT2，填充因子 FF = 41.5%，效率 PCE = 2.11%。
[0026]實施例2
[0027]本實施例的導電膠以重量份數記，由醋酸乙烯酯與丙烯酸酯共聚物40份，PH100040份以及D-山梨醇8份在室溫下利用磁力攪拌5個小時混合至顏色均一而成。電導率為7.87 X l(T7S/cm，透光率在500nm波長時為90 %。140°C加熱3min后電導率為0.48S/cm，透光率在500nm波長時為70 %。
[0028]利用本實施例的導電膠制備的有機太陽能電池，開路電壓V。。= 0.84V，短路電流Jsc= 7.15mA cnT2，填充因子 FF = 56.8%，效率 PCE = 3.40%。
[0029]實施例3
[0030]本實施例的導電膠以重量份數記，由醋酸乙烯酯與丙烯酸酯共聚物10份，PH100020份以及D-山梨醇3份在室溫下利用磁力攪拌6個小時混合至顏色均一而成。電導率為
3.26\10^^/011，透光率在50011111波長時為90%。140°C加熱3min后電導率為1.75S/cm，透光率在500nm波長時為70%。
[0031]利用本實施例的導電膠制備的有機太陽能電池，開路電壓V。。= 0.84V，短路電流Jsc= 6.84mA cnT2，填充因子 FF = 48.6%，效率 PCE = 2.67%。
[0032]實施例4
[0033]本實施例的導電膠以重量份數記，由PH100030份，醋酸乙烯酯與丙烯酸酯共聚物20份，乙二醇6份在室溫下利用機械攪拌6個小時至顏色均一而成，電導率為0.19S/cm
[0034]利用本實施例導電膠6份，納米硅4份，再加入重量分數為0.4%的非離子型表面活性劑PEG-TmDD充分攪拌混合，涂布銅箔制成電極片，封裝成鋰離子半電池，首次庫倫效率71%，首次脫鋰容量為3400mAh/g，100次循環后容量保持78%。
[0035]本發明具有以下優點:
[0036]1、具有導電、黏結作用。
[0037]2、根據不同配比可以得到電導率在已定范圍內變化的導電膠。
[0038]3、在可見光范圍內透光率高。
[0039]4、應用在有機太陽能電池領域中可以有效降低有機太陽能電池的制造成本。
[0040]5、應用在鋰離子電池領域可以有效地簡化鋰離子電池循環穩定性，減少環境污染。
[0041]上述實施方式僅為本發明的優選實施方式，不能以此來限定本發明保護的范圍，本領域的技術人員在本發明的基礎上所做的任何非實質性的變化及替換均屬于本發明所要求保護的范圍。
【主權項】
1.一種導電膠，其特征在于:其由以下重量份數的原料制成: PEDOT:PSS 20-40份，醋酸乙烯酯與丙烯酸酯共聚物10-40份，導電添加劑1_8份。2.根據權利要求1所述的導電膠，其特征在于，所述的導電添加劑為乙二醇、D-山梨醇或二甲亞砜的一種或幾種的組合。3.—種權利要求1所述導電膠的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)原料準備步驟:PED0T:PSS20-40份、醋酸乙烯酯與丙烯酸酯共聚物10-40份、導電添加劑1-8份； (2)混合攪拌步驟:在室溫條件下，將所述原料混合，攪拌3-6小時，直至混合物顏色均勻，得到導電膠。4.根據權利要求3所述導電膠的制備方法，其特征在于，所述的攪拌方式為機械攪拌或磁力攪拌。5.一種權利要求1所述導電膠在有機太陽能電池領域的應用方法，其特征在于，利用層壓方法，在有機太陽能電池制備過程中，在頂電極與活性層間旋涂導電膠后，施加適當壓力，使頂電極與活性層黏結起來。6.一種權利要求1所述導電膠在鋰電池領域的應用方法，其特征在于，在導電膠與硅粒子攪拌過程中，加入重量0.4 %非離子型表面活性劑，利用導電膠將硅粒子包覆起來。
【專利摘要】本發明涉及一種導電膠，由以下重量份數的原料制成：PEDOT:PSS20-40份，醋酸乙烯酯與丙烯酸酯共聚物10-40份，導電添加劑1-8份。本發明提出的導電膠具有良好的導電能力，且根據不同原料配比，可以使得電導率在較大范圍內變化，同時具有較好的透光率和黏結性。利用這種導電膠制備有機太陽能電池可以有效降低制造成本；將該導電膠作為粘結劑與活性材料攪拌涂布可以有效提升材料對于集流體的粘附性，從而提升鋰離子電池的循環穩定性。除此之外，該導電膠還能應用在其他光電子器件中，如OLED、FET等。
【IPC分類】H01L51/48, C09J9/02, H01M4/62, C09J125/18, C09J131/04, C09J165/00
【公開號】CN104893640
【申請號】CN201510332166
【發明人】周印華, 霍開富, 劉鐵峰, 李在房, 王蕾
【申請人】華中科技大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月16日