本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電聚合物油墨組合物，更具體地，涉及一種具有優(yōu)異的涂布性能(加工性能)和導(dǎo)電性的導(dǎo)電聚合物油墨組合物。

背景技術(shù)：

PEDOT:PSS(聚(3,4-乙撐二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸鹽))由于其較高的導(dǎo)電性和透明性而有效地應(yīng)用于光電有機(jī)器件等中。具體地，PEDOT:PSS薄膜可以應(yīng)用于觸摸屏、有機(jī)發(fā)光二極管和電子紙。為此，已經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試以使用二甲基亞砜、山梨醇、離子液體和表面活性劑來提高其導(dǎo)電性。

同時(shí)，可以使用各種涂布方法，例如，旋轉(zhuǎn)涂布、棒涂布、狹縫式涂布、凹版印刷、噴墨印刷、噴涂、膠版印刷等，來進(jìn)行形成均勻PEDOT:PSS薄膜的工藝。為了將所述組合物應(yīng)用于印刷工藝，PEDOT:PSS油墨組合物必須通過添加有機(jī)溶劑而具有涂布性能。雖然通過添加含高沸點(diǎn)(bp：100℃以上)的溶劑的油墨可以制備適用于印刷工藝的PEDOT:PSS油墨組合物，但是所制得的涂布薄膜的導(dǎo)電性會(huì)降低，這不理想。特別地，在噴墨印刷工藝中，添加高沸點(diǎn)的溶劑可以提高油墨的噴射性能和鋪展性能，但是會(huì)不理想地降低導(dǎo)電性。

因此，需要一種同時(shí)滿足導(dǎo)電性和涂布性能(加工性能)的油墨組合物。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題

因此，鑒于現(xiàn)有技術(shù)中遇到的問題而做出本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)異的涂布性能(加工性能)和導(dǎo)電性的油墨組合物。

技術(shù)方案

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種導(dǎo)電聚合物油墨組合物，包含：1)PEDOT:PSS(聚(3,4-乙撐二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸鹽))水分散體；2)二甲基亞砜(DMSO)；3)溶劑；4)表面活性劑；以及5)由下面的化學(xué)式1表示的磷酸酯化合物。

<化學(xué)式1>

在化學(xué)式1中，R₁、R₂和R₃各自獨(dú)立地選自C1-C20直鏈或支鏈烷基、C1-C20直鏈或支鏈烯基、C5-C60環(huán)烷基、C5-C60環(huán)烯基和C1-C20羰基，其中，當(dāng)R₁、R₂和R₃被取代基取代時(shí)，該取代基選自C1-C30烷基、C2-C40乙烯基、C6-C40芳基、鹵素基團(tuán)、OH(羥基)基團(tuán)、羰基、C1-C30烷氧基、C1-C30烷氧基羰基、環(huán)氧基和C3-C40雜環(huán)烷基。

另外，本發(fā)明提供一種透明電極，其包括使用上述油墨組合物形成的透明導(dǎo)電聚合物薄膜。

有益效果

根據(jù)本發(fā)明，使用所述油墨組合物能夠形成在涂布性能或加工性能，包括噴射性能、在基板上的鋪展性能方面優(yōu)異，并且還具有高的透光率和導(dǎo)電性的導(dǎo)電聚合物薄膜。

根據(jù)本發(fā)明，使用所述油墨組合物獲得的透明導(dǎo)電聚合物薄膜可以表現(xiàn)出高導(dǎo)電性，從而可以代替ITO用于透明電極，并且還可以用于有機(jī)光伏電池的電極層或緩沖層(空穴傳輸層)中。

附圖說明

圖1示出了實(shí)施例1的油墨組合物的噴射圖像，其中一滴油墨從上面的噴嘴滴落；

圖2示出了比較例1的油墨組合物的噴射圖像；以及

圖3示出了比較例2的油墨組合物的噴射圖像。

具體實(shí)施方式

下文中，將給出本發(fā)明的詳細(xì)描述。

本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種導(dǎo)電聚合物油墨組合物，包含：1)PEDOT:PSS(聚(3,4-乙撐二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸鹽))水分散體，2)二甲基亞砜，3)溶劑，4)表面活性劑，以及5)由下面的化學(xué)式1表示的磷酸酯化合物。

<化學(xué)式1>

在化學(xué)式1中，R₁、R₂和R₃各自獨(dú)立地選自C1-C20直鏈或支鏈烷基、C1-C20直鏈或支鏈烯基、C5-C60環(huán)烷基、C5-C60環(huán)烯基和C1-C20羰基，其中，當(dāng)R₁、R₂和R₃被取代基取代時(shí)，該取代基選自C1-C30烷基、C2-C40乙烯基、C6-C40芳基、鹵素基團(tuán)、OH(羥基)基團(tuán)、羰基、C1-C30烷氧基、C1-C30烷氧基羰基、環(huán)氧基和C3-C40雜環(huán)烷基。

所述1)PEDOT:PSS水分散體表示包含PEDOT:PSS聚合物或共聚物的水類分散溶液。

基于油墨組合物的總重量，PEDOT:PSS水分散體的用量?jī)?yōu)選為10至60wt％，更優(yōu)選為20至40wt％。如果其用量小于10wt％，由于使用非常少量的PEDOT:PSS而難以確保足夠的導(dǎo)電性。相反，如果其用量超過60wt％，則鋪展性能會(huì)變差，不理想地使得難以形成均勻的薄膜，并且在噴墨時(shí)導(dǎo)致較差的噴射性能。

在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，使用由Heraeus制造的PH-1000作為PEDOT:PSS水分散體。

添加2)二甲基亞砜(DMSO)來提高油墨組合物的導(dǎo)電性，并且基于油墨組合物的總重量，二甲基亞砜的用量?jī)?yōu)選為0.5至3.0wt％。如果其用量小于0.5wt％，則導(dǎo)電性不會(huì)提高。相反，如果其用量超過3.0wt％，則所得油墨會(huì)具有低導(dǎo)電性和低穩(wěn)定性。

所述3)溶劑可以包含a)去離子水(DI水)和b)多元醇。

a)DI水用于分散PEDOT:PSS水分散體，并且基于油墨組合物的總重量，DI水的用量?jī)?yōu)選為10至60wt％?；谟湍M合物的總重量，如果DI水的用量超過60wt％，則所得油墨具有高的表面張力，從而不能在基板上有效地鋪展，并且難以進(jìn)行噴射工藝。相反，如果其用量小于10wt％，則所得油墨具有高粘度，因此不適合用于噴墨。

b)多元醇可以包括，但不必局限于，二甘醇、乙二醇、丙二醇、甘油和山梨醇。優(yōu)選使用丙二醇或甘油。

所述多元醇包含于溶劑中以提高油墨組合物的導(dǎo)電性和分散性?；谟湍M合物的總重量，多元醇的用量?jī)?yōu)選為5至45wt％。如果其用量超過45wt％，則導(dǎo)電性會(huì)降低。相反，如果其用量小于5wt％，則不會(huì)提高導(dǎo)電性。

在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，所述油墨組合物還可以包含額外的溶劑以提高該油墨組合物的導(dǎo)電性。

額外的溶劑可以包括，但不必局限于，甲醇、乙醇和丙醇。

基于油墨組合物的總重量，額外的溶劑的用量?jī)?yōu)選為1.0至10wt％。如果其用量超過10wt％，則導(dǎo)電性會(huì)降低。相反，如果其用量小于1.0wt％，則不會(huì)提高導(dǎo)電性。

添加4)表面活性劑以提高油墨組合物的鋪展性能，并且基于油墨組合物的總重量，表面活性劑的用量?jī)?yōu)選為0.01至3.0wt％。如果其用量小于0.01wt％，則不能獲得理想的鋪展性能。相反，如果其用量超過3.0wt％，則油墨的導(dǎo)電性會(huì)降低。

所述表面活性劑優(yōu)選包括，但不限于，非離子表面活性劑，特別是氟類表面活性劑。

添加5)磷酸酯化合物以提高油墨組合物的加工性能，包括噴射性能、在基板上的鋪展性能等，并且該磷酸酯化合物可以由下面的化學(xué)式1表示。

<化學(xué)式1>

在化學(xué)式1中，R₁、R₂和R₃各自獨(dú)立地選自C1-C20直鏈或支鏈烷基、C1-C20直鏈或支鏈烯基、C5-C60環(huán)烷基、C5-C60環(huán)烯基和C1-C20羰基，其中，當(dāng)R₁、R₂和R₃被取代基取代時(shí)，該取代基選自C1-C30烷基、C2-C40乙烯基、C6-C40芳基、鹵素基團(tuán)、OH(羥基)基團(tuán)、羰基、C1-C30烷氧基、C1-C30烷氧基羰基、環(huán)氧基和C3-C40雜環(huán)烷基。

因此，R₁、R₂和R₃可以分別是選自由下面的結(jié)構(gòu)式表示的基團(tuán)中的任意一種，但不限于此。

基于油墨組合物的總重量，磷酸酯化合物的用量?jī)?yōu)選為0.5至20wt％，更優(yōu)選為5至15wt％。如果其用量小于0.5wt％，則不能獲得理想的加工性能和在基板上的鋪展性能。相反，如果其用量超過20wt％，則油墨的導(dǎo)電性會(huì)降低。

所述磷酸酯化合物的優(yōu)選實(shí)例包括，但不必局限于，磷酸三乙酯、磷酸三(2-乙基己基)酯和磷酸三甲酯。

使用根據(jù)本發(fā)明的油墨組合物在基板上形成PEDOT:PSS薄膜的工藝的典型實(shí)例可以包括棒涂布、旋轉(zhuǎn)涂布、噴墨印刷和噴涂。尤其有效的是噴墨印刷，因?yàn)樗梢允褂蒙倭康牟牧显谛枰奈恢蒙线M(jìn)行直接圖案化。

根據(jù)本發(fā)明的包含磷酸酯化合物的油墨組合物可以表現(xiàn)出優(yōu)異的噴射性能和在基板上的高鋪展性能，從而可以適當(dāng)?shù)赜糜趪娔∷ⅰ?/p>

另外，使用根據(jù)本發(fā)明的油墨組合物形成的透明導(dǎo)電聚合物薄膜顯著改善PEDOT:PSS薄膜的透光率和導(dǎo)電性。

本發(fā)明的另一方面提供一種透明電極，包括使用上述油墨組合物形成的透明導(dǎo)電聚合物薄膜。

本發(fā)明的又一方面提供一種有機(jī)光伏電池，包括上述透明導(dǎo)電聚合物薄膜作為緩沖層或電極層。

通過以下實(shí)施例可以獲得對(duì)本發(fā)明的更好的理解。

<實(shí)施例1>

將32.9wt％的作為PEDOT:PSS水分散體的PH-1000(Heraeus制造)、1.6wt％的DMSO、32.7wt％的DI水和19.6wt％的丙二醇混合。

隨后，加入0.1wt％的表面活性劑F-555(DIC制造)和13.1wt％的磷酸三乙酯，并將得到的混合物攪拌2小時(shí)，制得油墨組合物。

<實(shí)施例2>

除了使用磷酸三(2-乙基己基)酯代替磷酸三乙酯以外，通過與實(shí)施例1中相同的方法制備油墨組合物。

<實(shí)施例3>

除了使用磷酸三甲酯代替磷酸三乙酯以外，通過與實(shí)施例1中相同的方法制備油墨組合物。

<比較例1>

將32.8wt％的PH-1000、1.6wt％的DMSO、31.1wt％的DI水、12.4wt％的丁基溶纖劑、18.7wt％的丙二醇和3.3wt％的甘油混合。

隨后，加入0.1wt％的F-555，并將得到的混合物攪拌2小時(shí)，制得油墨組合物。

<比較例2>

將32.8wt％的PH-1000、1.6wt％的DMSO、37.30wt％的DI水、24.9wt％的丙二醇和3.3wt％的甘油混合。

隨后，加入0.1wt％的F-555，并將得到的混合物攪拌2小時(shí)，制得油墨組合物。

<制備實(shí)施例1>

將實(shí)施例1和比較例1和2的各個(gè)油墨組合物進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂布(500rpm，9秒)，然后在120℃/30分鐘下在電熱板上干燥，由此分別形成PEDOT:PSS薄膜。

<油墨組合物的性能評(píng)價(jià)>

噴射性能、接觸角和液滴尺寸的評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)實(shí)施例1和比較例1和2的油墨組合物的噴射性能。為此，使用由Unijet制造的具有SL-128/80頭的噴墨打印機(jī)(UJ 200)(噴嘴編號(hào)：128，液滴體積：80pL)。將可以連續(xù)噴射的情況評(píng)價(jià)為O，將初始噴射良好但隨時(shí)間的進(jìn)行噴射變差的情況評(píng)價(jià)為△，并將初始噴射較差的情況評(píng)價(jià)為X。結(jié)果示于下面的表1中。

另外，將實(shí)施例1和比較例1和2的各一滴油墨組合物噴射在PET薄膜上，并測(cè)量液滴尺寸。結(jié)果示于下面的表1中。

另外，將0.3μL的油墨滴在玻璃基板上，并測(cè)量其接觸角。結(jié)果示于下面的表1中。較低的接觸角表示在基板上較好的鋪展性能。

<薄膜的性能評(píng)價(jià)>

使用4點(diǎn)探針測(cè)量制備實(shí)施例1的PEDOT:PSS薄膜的表面電阻。結(jié)果示于下面的表1中。

另外，測(cè)量薄膜的透光率。

<表1>

從表1顯而易見的是，比較例2的油墨組合物表現(xiàn)出較差的噴射性能，因此無法形成液滴，并且不能在基板上較好地鋪展。

另外，使用比較例1的油墨組合物形成的薄膜具有高的表面電阻，從而表現(xiàn)出低導(dǎo)電性。

然而，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的油墨組合物表現(xiàn)出優(yōu)異的噴射性能，從而在基板上有效地鋪展。使用實(shí)施例1的油墨組合物形成的薄膜具有低表面電阻和高透光率。

特別地，實(shí)施例2和3的油墨組合物表現(xiàn)出約90至91％的透光率和約400至的表面電阻。

圖1示出了實(shí)施例1的油墨組合物的噴射圖像，圖2示出了比較例1的油墨組合物的噴射圖像。如圖1和圖2中所示，可以看出，當(dāng)使用實(shí)施例1和比較例1的油墨組合物時(shí)，該油墨以液滴狀供應(yīng)并較好地從噴嘴滴落。

圖3示出了比較例2的油墨組合物的噴射圖像。如圖3中所示，當(dāng)使用比較例2的油墨組合物時(shí)，在噴射時(shí)該油墨不以液滴狀供應(yīng)。在繼續(xù)進(jìn)行噴射工藝的情況下，如右圖所示，噴嘴堵塞，使得不能噴射油墨。

基于上述評(píng)價(jià)結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明，可以制備適用于噴墨印刷工藝的具有高加工性能的油墨組合物，并且可以由此制造具有高透光率和導(dǎo)電性的透明導(dǎo)電聚合物均勻薄膜。