一种导电胶及其制备和应用方法
一种导电胶及其制备和应用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子材料领域，更具体地，涉及一种导电胶及其制备，以及在有机太阳能电池和锂离子电池中的应用。
【背景技术】
[0002]导电胶是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂，它通常以基体树脂和导电填料即导电粒子为主要组成成分，通过基体树脂的粘接作用把导电粒子结合在一起，形成导电通路，实现被粘材料的导电连接。
[0003]在有机太阳能电池领域中，通常顶电极的制作需要使用复杂的真空设备蒸镀金属，如金、银、铝、钙等，但蒸镀金属需要真空设备，导致制作有机太阳能电池成本较高。
[0004]在锂离子电池领域中，硅基电极的制备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搅拌成浆料涂布烘干而成，制备过程中由于聚偏氟乙烯失去粘附性断裂，而导致锂离子电池容量的衰减，此外，N-甲基吡咯烷酮在干燥过程中易挥发，有毒，易污染环境。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是在于提供一种具有导电、粘接作用的导电胶，可以应用在有机太阳能电池领域和锂离子电池领域中。在有机太阳能电池领域中，可以将顶电极与电池粘连在一起，避免成本较高的真空设备的使用；在锂离子电池领域中，可克服由于充放电时硅体积膨胀引起的硅电极与活性物质分离，避免电池容量下降过快。
[0006]本发明提出的导电胶，其特征在于，其由以下重量份数的原料配制成:PEDOT:PSS20-40份，醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物10-40份，导电添加剂1-8份。
[0007]PEDOT:PSS是一种高分子聚合物的水溶液，导电率很高，根据不同的配方，可以得到导电率不同的水溶液，该产品是由PEDOT和PSS两种物质构成，其中PEDOT是EDOT (3，4-乙撑二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐。PEDOT:PSS目前广泛应用于有机发光二极管0LED、有机太阳能电池、有机薄膜晶体管、超级电容器等领域。所述PED0T:PSS中，起到导电作用的为PEDOT，PSS与PEDOT的静电结合可以增加水溶性，有利于加工；PSS没有导电性。
[0008]所述导电添加剂可以调节导电胶的电导率在一定范围内变化，可选用乙二醇、D-山梨醇、二甲亚砜的一种或几种的组合。添加的导电添加剂为极性物质，其中的极性基团的偶极与PEDOT链相互作用，使得PEDOT链发生构象变化，由苯式向醌式变化，进而使电导率提高。根据添加剂比例的不同，可使导电胶电导率在一定范围内变化。
[0009]所述的醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物基底提供了良好的黏结性，可以有效的将还原的氧化石墨稀CrGO)薄膜或PED0T:PSS薄膜粘连在有机太阳能电池中作为顶电极。
[0010]本发明提出的导电胶，其制备方法为:
[0011](I)原料准备步骤:PED0T:PSS 20-40份、醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物10-40份、导电添加剂1-8份；
[0012](2)混合搅拌步骤:在室温条件下，将所述原料混合，搅拌3-6小时，直至混合物颜色均匀，得到导电胶。
[0013]进一步的，所述制备方法的搅拌步骤中，可以采用机械搅拌或磁力搅拌。
[0014]本发明提出的导电胶，在有机太阳能电池制备应用领域，利用层压方法，在顶电极与活性层间旋涂导电胶后，施加适当压力，使顶电极与活性层黏结起来，可以避免使用真空设备，有效降低制作成本。
[0015]本发明提出的导电胶，在锂电池制备应用领域，在导电胶与硅粒子搅拌过程中，加入重量0.4%非离子型表面活性剂，更好地利用导电胶将硅粒子包覆起来，可克服由于充放电时硅粒子膨胀引起的硅电极与活性物质分离，避免电池容量下降过快。
[0016]实验测试结果表明，本发明提出的导电胶的透光性和导电率好，在300_800nm波长范围内，导电胶透光率>70%，导电率最高可以达到4.91S/cm ;电导率可调，根据不同配比，可以使得电导率在10_7S/Cm-5S/Cm范围内变化。本导电胶能有效应用在光电子器件中，尤其在有机太阳能电池领域以及锂离子电池领域。
【附图说明】
[0017]图1为不同类型和比例的导电添加剂的导电胶电导率随温度变化情况；
[0018]图2为不同类型导电添加剂的导电胶的透光率；
[0019]图3为导电I父在有机太阳能电池中的应用结构不意图；1、透明基底；2、ITO底电极；3、PEI修饰层;4、活性层P3HT:1CBA ;5、缓冲层PEDOT:PSS (AI4083) ;6、导电胶层;7、顶电极(为还原的氧化石墨稀(rGO)薄膜或PEDOT: PSS薄膜等方阻较低的薄膜)。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例对本发明进一步说明。
[0021]本发明中，rpm为每分钟转速，wt为质量分数。PH1000为一种PEDOT:PSS的商品名，电导率约为lS/cm，AI4083为一种PEDOT:PSS的商品名，电导率约为10_3S/cm。
[0022]实施例1
[0023]本实施例的导电胶以重量份数记，由醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物20份，PEDOT:PSS (PH1000) 20份以及乙二醇I份在室温下利用磁力搅拌3个小时混合至颜色均一而成。电导率为1.143/011，透光率在50011111波长时为90%。
[0024]有机太阳能电池的制作为:在ITO玻璃上以5000rpm转速，旋涂0.4wt%的PEI醇溶液I分钟，在100°C热台上加热10分钟；用800rpm旋涂40mg/ml的P3HT:1CBA(1:1) 二氯苯溶液40秒，在150°C热台上加热1min ;用3000rpm旋涂PED0T:PSS (AI4083) I分钟，150°C热台上加热5分钟；用3000rpm旋涂导电胶I分钟后，利用层压方法，施加适当压力，将顶电极直接按压在导电胶上，使顶电极与活性层黏结起来，之后再140°C退火3分钟完成有机太阳能电池的制作。
[0025]利用本实施例的导电胶制备的有机太阳能电池，开路电压V。。= 0.84V，短路电流Jsc= 6.04mA cnT2，填充因子 FF = 41.5%，效率 PCE = 2.11%。
[0026]实施例2
[0027]本实施例的导电胶以重量份数记，由醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物40份，PH100040份以及D-山梨醇8份在室温下利用磁力搅拌5个小时混合至颜色均一而成。电导率为7.87 X l(T7S/cm，透光率在500nm波长时为90 %。140°C加热3min后电导率为0.48S/cm，透光率在500nm波长时为70 %。
[0028]利用本实施例的导电胶制备的有机太阳能电池，开路电压V。。= 0.84V，短路电流Jsc= 7.15mA cnT2，填充因子 FF = 56.8%，效率 PCE = 3.40%。
[0029]实施例3
[0030]本实施例的导电胶以重量份数记，由醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物10份，PH100020份以及D-山梨醇3份在室温下利用磁力搅拌6个小时混合至颜色均一而成。电导率为
3.26\10^^/011，透光率在50011111波长时为90%。140°C加热3min后电导率为1.75S/cm，透光率在500nm波长时为70%。
[0031]利用本实施例的导电胶制备的有机太阳能电池，开路电压V。。= 0.84V，短路电流Jsc= 6.84mA cnT2，填充因子 FF = 48.6%，效率 PCE = 2.67%。
[0032]实施例4
[0033]本实施例的导电胶以重量份数记，由PH100030份，醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物20份，乙二醇6份在室温下利用机械搅拌6个小时至颜色均一而成，电导率为0.19S/cm
[0034]利用本实施例导电胶6份，纳米硅4份，再加入重量分数为0.4%的非离子型表面活性剂PEG-TmDD充分搅拌混合，涂布铜箔制成电极片，封装成锂离子半电池，首次库伦效率71%，首次脱锂容量为3400mAh/g，100次循环后容量保持78%。
[0035]本发明具有以下优点:
[0036]1、具有导电、黏结作用。
[0037]2、根据不同配比可以得到电导率在已定范围内变化的导电胶。
[0038]3、在可见光范围内透光率高。
[0039]4、应用在有机太阳能电池领域中可以有效降低有机太阳能电池的制造成本。
[0040]5、应用在锂离子电池领域可以有效地简化锂离子电池循环稳定性，减少环境污染。
[0041]上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
【主权项】
1.一种导电胶，其特征在于:其由以下重量份数的原料制成: PEDOT:PSS 20-40份，醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物10-40份，导电添加剂1_8份。2.根据权利要求1所述的导电胶，其特征在于，所述的导电添加剂为乙二醇、D-山梨醇或二甲亚砜的一种或几种的组合。3.—种权利要求1所述导电胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)原料准备步骤:PED0T:PSS20-40份、醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物10-40份、导电添加剂1-8份； (2)混合搅拌步骤:在室温条件下，将所述原料混合，搅拌3-6小时，直至混合物颜色均匀，得到导电胶。4.根据权利要求3所述导电胶的制备方法，其特征在于，所述的搅拌方式为机械搅拌或磁力搅拌。5.一种权利要求1所述导电胶在有机太阳能电池领域的应用方法，其特征在于，利用层压方法，在有机太阳能电池制备过程中，在顶电极与活性层间旋涂导电胶后，施加适当压力，使顶电极与活性层黏结起来。6.一种权利要求1所述导电胶在锂电池领域的应用方法，其特征在于，在导电胶与硅粒子搅拌过程中，加入重量0.4 %非离子型表面活性剂，利用导电胶将硅粒子包覆起来。
【专利摘要】本发明涉及一种导电胶，由以下重量份数的原料制成：PEDOT:PSS20-40份，醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物10-40份，导电添加剂1-8份。本发明提出的导电胶具有良好的导电能力，且根据不同原料配比，可以使得电导率在较大范围内变化，同时具有较好的透光率和黏结性。利用这种导电胶制备有机太阳能电池可以有效降低制造成本；将该导电胶作为粘结剂与活性材料搅拌涂布可以有效提升材料对于集流体的粘附性，从而提升锂离子电池的循环稳定性。除此之外，该导电胶还能应用在其他光电子器件中，如OLED、FET等。
【IPC分类】H01L51/48, C09J9/02, H01M4/62, C09J125/18, C09J131/04, C09J165/00
【公开号】CN104893640
【申请号】CN201510332166
【发明人】周印华, 霍开富, 刘铁峰, 李在房, 王蕾
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月16日
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子材料领域，更具体地，涉及一种导电胶及其制备，以及在有机太阳能电池和锂离子电池中的应用。
【背景技术】
[0002]导电胶是一种固化或干燥后具有一定导电性能的胶黏剂，它通常以基体树脂和导电填料即导电粒子为主要组成成分，通过基体树脂的粘接作用把导电粒子结合在一起，形成导电通路，实现被粘材料的导电连接。
[0003]在有机太阳能电池领域中，通常顶电极的制作需要使用复杂的真空设备蒸镀金属，如金、银、铝、钙等，但蒸镀金属需要真空设备，导致制作有机太阳能电池成本较高。
[0004]在锂离子电池领域中，硅基电极的制备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搅拌成浆料涂布烘干而成，制备过程中由于聚偏氟乙烯失去粘附性断裂，而导致锂离子电池容量的衰减，此外，N-甲基吡咯烷酮在干燥过程中易挥发，有毒，易污染环境。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是在于提供一种具有导电、粘接作用的导电胶，可以应用在有机太阳能电池领域和锂离子电池领域中。在有机太阳能电池领域中，可以将顶电极与电池粘连在一起，避免成本较高的真空设备的使用；在锂离子电池领域中，可克服由于充放电时硅体积膨胀引起的硅电极与活性物质分离，避免电池容量下降过快。
[0006]本发明提出的导电胶，其特征在于，其由以下重量份数的原料配制成:PEDOT:PSS20-40份，醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物10-40份，导电添加剂1-8份。
[0007]PEDOT:PSS是一种高分子聚合物的水溶液，导电率很高，根据不同的配方，可以得到导电率不同的水溶液，该产品是由PEDOT和PSS两种物质构成，其中PEDOT是EDOT (3，4-乙撑二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐。PEDOT:PSS目前广泛应用于有机发光二极管0LED、有机太阳能电池、有机薄膜晶体管、超级电容器等领域。所述PED0T:PSS中，起到导电作用的为PEDOT，PSS与PEDOT的静电结合可以增加水溶性，有利于加工；PSS没有导电性。
[0008]所述导电添加剂可以调节导电胶的电导率在一定范围内变化，可选用乙二醇、D-山梨醇、二甲亚砜的一种或几种的组合。添加的导电添加剂为极性物质，其中的极性基团的偶极与PEDOT链相互作用，使得PEDOT链发生构象变化，由苯式向醌式变化，进而使电导率提高。根据添加剂比例的不同，可使导电胶电导率在一定范围内变化。
[0009]所述的醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物基底提供了良好的黏结性，可以有效的将还原的氧化石墨稀CrGO)薄膜或PED0T:PSS薄膜粘连在有机太阳能电池中作为顶电极。
[0010]本发明提出的导电胶，其制备方法为:
[0011](I)原料准备步骤:PED0T:PSS 20-40份、醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物10-40份、导电添加剂1-8份；
[0012](2)混合搅拌步骤:在室温条件下，将所述原料混合，搅拌3-6小时，直至混合物颜色均匀，得到导电胶。
[0013]进一步的，所述制备方法的搅拌步骤中，可以采用机械搅拌或磁力搅拌。
[0014]本发明提出的导电胶，在有机太阳能电池制备应用领域，利用层压方法，在顶电极与活性层间旋涂导电胶后，施加适当压力，使顶电极与活性层黏结起来，可以避免使用真空设备，有效降低制作成本。
[0015]本发明提出的导电胶，在锂电池制备应用领域，在导电胶与硅粒子搅拌过程中，加入重量0.4%非离子型表面活性剂，更好地利用导电胶将硅粒子包覆起来，可克服由于充放电时硅粒子膨胀引起的硅电极与活性物质分离，避免电池容量下降过快。
[0016]实验测试结果表明，本发明提出的导电胶的透光性和导电率好，在300_800nm波长范围内，导电胶透光率>70%，导电率最高可以达到4.91S/cm ;电导率可调，根据不同配比，可以使得电导率在10_7S/Cm-5S/Cm范围内变化。本导电胶能有效应用在光电子器件中，尤其在有机太阳能电池领域以及锂离子电池领域。
【附图说明】
[0017]图1为不同类型和比例的导电添加剂的导电胶电导率随温度变化情况；
[0018]图2为不同类型导电添加剂的导电胶的透光率；
[0019]图3为导电I父在有机太阳能电池中的应用结构不意图；1、透明基底；2、ITO底电极；3、PEI修饰层;4、活性层P3HT:1CBA ;5、缓冲层PEDOT:PSS (AI4083) ;6、导电胶层;7、顶电极(为还原的氧化石墨稀(rGO)薄膜或PEDOT: PSS薄膜等方阻较低的薄膜)。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例对本发明进一步说明。
[0021]本发明中，rpm为每分钟转速，wt为质量分数。PH1000为一种PEDOT:PSS的商品名，电导率约为lS/cm，AI4083为一种PEDOT:PSS的商品名，电导率约为10_3S/cm。
[0022]实施例1
[0023]本实施例的导电胶以重量份数记，由醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物20份，PEDOT:PSS (PH1000) 20份以及乙二醇I份在室温下利用磁力搅拌3个小时混合至颜色均一而成。电导率为1.143/011，透光率在50011111波长时为90%。
[0024]有机太阳能电池的制作为:在ITO玻璃上以5000rpm转速，旋涂0.4wt%的PEI醇溶液I分钟，在100°C热台上加热10分钟；用800rpm旋涂40mg/ml的P3HT:1CBA(1:1) 二氯苯溶液40秒，在150°C热台上加热1min ;用3000rpm旋涂PED0T:PSS (AI4083) I分钟，150°C热台上加热5分钟；用3000rpm旋涂导电胶I分钟后，利用层压方法，施加适当压力，将顶电极直接按压在导电胶上，使顶电极与活性层黏结起来，之后再140°C退火3分钟完成有机太阳能电池的制作。
[0025]利用本实施例的导电胶制备的有机太阳能电池，开路电压V。。= 0.84V，短路电流Jsc= 6.04mA cnT2，填充因子 FF = 41.5%，效率 PCE = 2.11%。
[0026]实施例2
[0027]本实施例的导电胶以重量份数记，由醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物40份，PH100040份以及D-山梨醇8份在室温下利用磁力搅拌5个小时混合至颜色均一而成。电导率为7.87 X l(T7S/cm，透光率在500nm波长时为90 %。140°C加热3min后电导率为0.48S/cm，透光率在500nm波长时为70 %。
[0028]利用本实施例的导电胶制备的有机太阳能电池，开路电压V。。= 0.84V，短路电流Jsc= 7.15mA cnT2，填充因子 FF = 56.8%，效率 PCE = 3.40%。
[0029]实施例3
[0030]本实施例的导电胶以重量份数记，由醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物10份，PH100020份以及D-山梨醇3份在室温下利用磁力搅拌6个小时混合至颜色均一而成。电导率为
3.26\10^^/011，透光率在50011111波长时为90%。140°C加热3min后电导率为1.75S/cm，透光率在500nm波长时为70%。
[0031]利用本实施例的导电胶制备的有机太阳能电池，开路电压V。。= 0.84V，短路电流Jsc= 6.84mA cnT2，填充因子 FF = 48.6%，效率 PCE = 2.67%。
[0032]实施例4
[0033]本实施例的导电胶以重量份数记，由PH100030份，醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物20份，乙二醇6份在室温下利用机械搅拌6个小时至颜色均一而成，电导率为0.19S/cm
[0034]利用本实施例导电胶6份，纳米硅4份，再加入重量分数为0.4%的非离子型表面活性剂PEG-TmDD充分搅拌混合，涂布铜箔制成电极片，封装成锂离子半电池，首次库伦效率71%，首次脱锂容量为3400mAh/g，100次循环后容量保持78%。
[0035]本发明具有以下优点:
[0036]1、具有导电、黏结作用。
[0037]2、根据不同配比可以得到电导率在已定范围内变化的导电胶。
[0038]3、在可见光范围内透光率高。
[0039]4、应用在有机太阳能电池领域中可以有效降低有机太阳能电池的制造成本。
[0040]5、应用在锂离子电池领域可以有效地简化锂离子电池循环稳定性，减少环境污染。
[0041]上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
【主权项】
1.一种导电胶，其特征在于:其由以下重量份数的原料制成: PEDOT:PSS 20-40份，醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物10-40份，导电添加剂1_8份。2.根据权利要求1所述的导电胶，其特征在于，所述的导电添加剂为乙二醇、D-山梨醇或二甲亚砜的一种或几种的组合。3.—种权利要求1所述导电胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)原料准备步骤:PED0T:PSS20-40份、醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物10-40份、导电添加剂1-8份； (2)混合搅拌步骤:在室温条件下，将所述原料混合，搅拌3-6小时，直至混合物颜色均匀，得到导电胶。4.根据权利要求3所述导电胶的制备方法，其特征在于，所述的搅拌方式为机械搅拌或磁力搅拌。5.一种权利要求1所述导电胶在有机太阳能电池领域的应用方法，其特征在于，利用层压方法，在有机太阳能电池制备过程中，在顶电极与活性层间旋涂导电胶后，施加适当压力，使顶电极与活性层黏结起来。6.一种权利要求1所述导电胶在锂电池领域的应用方法，其特征在于，在导电胶与硅粒子搅拌过程中，加入重量0.4 %非离子型表面活性剂，利用导电胶将硅粒子包覆起来。
【专利摘要】本发明涉及一种导电胶，由以下重量份数的原料制成：PEDOT:PSS20-40份，醋酸乙烯酯与丙烯酸酯共聚物10-40份，导电添加剂1-8份。本发明提出的导电胶具有良好的导电能力，且根据不同原料配比，可以使得电导率在较大范围内变化，同时具有较好的透光率和黏结性。利用这种导电胶制备有机太阳能电池可以有效降低制造成本；将该导电胶作为粘结剂与活性材料搅拌涂布可以有效提升材料对于集流体的粘附性，从而提升锂离子电池的循环稳定性。除此之外，该导电胶还能应用在其他光电子器件中，如OLED、FET等。
【IPC分类】H01L51/48, C09J9/02, H01M4/62, C09J125/18, C09J131/04, C09J165/00
【公开号】CN104893640
【申请号】CN201510332166
【发明人】周印华, 霍开富, 刘铁峰, 李在房, 王蕾
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月16日
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