導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電機理

聚合物分子導(dǎo)電應(yīng)具備的必要條件是：分子鏈應(yīng)該是一個大竹共軛體系(共軛雙鍵或共軛與帶有未成鍵P軌道的雜原子N、s等偶合)與金屬導(dǎo)電需要自由電子和供電子運動的軌道一樣，聚合物的導(dǎo)電也需要有電荷載體和可供電荷載體自由運動的分子軌道，由于大多數(shù)聚合物本身不具有電荷載體，導(dǎo)電聚合物的所必需的電荷載體是由”摻雜”過程提供的。低壓800bar處理三遍取樣，高壓1000bar處理五遍取樣，高壓1500bar處理五遍取樣3。關(guān)于摻雜后導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電機理，目前比較成熟的觀點.

主鏈具有共軛或大仃結(jié)構(gòu)的聚合物，在理想狀態(tài)下，電子在整個主鏈或共軛鏈段上離域，單體的分子軌道相互作用，g占有軌道形成價帶，D空軌道形在導(dǎo)帶，在不考慮熱運動及光躍遷時，價帶層完全充滿電子，導(dǎo)帶層全空，價帶層與導(dǎo)帶層之間存在能隙 ，因此它們的導(dǎo)電性通常很低，摻雜過程相當于把價帶中的一些能量較高的電子氧化掉、從而產(chǎn)生空穴(陽離子自由基)，其能量介于價帶層與導(dǎo)帶層之間，由于陽離子自由基以極化周圍介質(zhì)的方式來穩(wěn)定自已，因此也稱為極化子。進一步的，上述方案中，所述的透明導(dǎo)電襯底為沉積有ITO、FTO、AZO的玻璃襯底或者柔性襯底。如果對共軛鏈進行重摻雜，則可能在極化分子的基礎(chǔ)上形成雙極化子或雙極子帶，極化子和雙極化子可能過雙鍵遷移沿共軛傳遞，從而使聚合物導(dǎo)電。上述導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電機理是建立在無機半導(dǎo)體價帶理論基礎(chǔ)之上的，雖然能夠很好的解釋導(dǎo)電聚合物的實驗現(xiàn)象，但是是否完全真實反映了導(dǎo)電聚合物的機理尚待進一步研究。

?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(guān)鍵問題[7, 8, 9, 10, 11]有待進一步解決?！|(zhì)處理PEDOT自百川英樹等發(fā)現(xiàn)用碘或者氟h鉀摻雜的聚y炔具有與金屬相當?shù)膶?dǎo)電性，電導(dǎo)率可達10SS/cm以來，導(dǎo)電高分子成為科學(xué)的研究熱點。其一, PEDOT:PSS HTL的導(dǎo)電性能相對較弱, 在其內(nèi)部電荷無法地傳輸, 導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)電薄膜等領(lǐng)域的研究表明, 具有獨特電學(xué)和機械性能的碳納米管(CNTs)能改進PEDOT:PSS膜的導(dǎo)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。

聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)由拜爾(Bayer AG)科學(xué)家于1988年在中提出，人們發(fā)現(xiàn)其具有穩(wěn)定的摻雜態(tài)結(jié)構(gòu)，因而具有優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定的導(dǎo)電性。國外文獻和專利均表明，超高壓均質(zhì)是降低PEDOT粒徑的金方法。同時，人們發(fā)展了PEDOT:PSS (聚磺酸)溶膠體系來實現(xiàn)PEDOT材料的水系儲存以及加工，結(jié)合PEDOT的其他多種化學(xué)合成以及原位合成方法，這使得其被廣泛應(yīng)用在儲能、柔性電子學(xué)、光電轉(zhuǎn)換器件等應(yīng)用中。