Влияние спиртовых растворителей на структурные, оптические и электрофизические характеристики пленок полимера PEDOT:PSS, отожженных при низком атмосферном давлении

Авторы

DOI:

https://doi.org/10.31489/2022No2/35-41

Ключевые слова:

PEDOT:PSS, Изопропанол, Этанол, низкое атмосферное давление, морфология поверхности, оптическая спектроскопия, импедансная спектроскопия

Аннотация

В работе представлены результаты исследования влияния спиртовых растворителей на структуру поверхности, оптические и электрофизические характеристики пленок Поли(3,4-этилендиокситиофен) полистирол сульфоната, отожженных при низком атмосферном давлении 10-3 миллиметров ртутного столба. Установлено, что модификация поверхности полимерной пленки этиловым и изопропиловым спиртами приводит к изменению морфологии поверхности, оптических и электротранспортных свойств полимера. Показано, что при модификации пленки Поли(3,4-этилендиокситиофен) полистирол сульфоната спиртовыми растворителями, в спектрах поглощения наблюдается уменьшение поглощения ароматического фрагмента полистирол сульфоната. Показано, что структурные особенности морфологии поверхности Поли(3,4-этилендиокситиофен) полистирол сульфоната оказывают влияние на электротранспортные параметры пленок, такие как сопротивление пленки Поли(3,4-этилендиокситиофен) полистирол сульфоната, сопротивление переноса носителей заряда на границе Поли(3,4-этилендиокситиофен) полистирол сульфонат /электрод, эффективная скорость извлечения и эффективное время пролета носителей заряда. Определены оптимальные технологические параметры получения пленок, при которых повышаются электротранспортные свойства пленок Поли(3,4-этилендиокситиофен) полистирол сульфоната, отожженных при низком атмосферном давлении.

Биографии авторов

Айтбек Аймуханов, Карагандинский университет им. Е.А.Букетова

Кандидат физико-математических наук, ассоциированный профессор, профессор кафедры Радиофизики и электроники, Ведущий научный сотрудник, Научный Центр Нанотехнологии и наноматериалов

Ксения Рожкова, Карагандинский университет им. Е.А.Букетова

Магистр технических наук, докторант 3-го года обучения, Научный сотрудник,  Научный Центр Нанотехнологии и наноматериалов

Бауржан Ильясов, Astana IT University

PhD, ассоциированный профессор кафедры Интеллектуальных Систем и Кибербезопасности

Гульнур Омарбекова, Карагандинский университет им. Е.А.Букетова

Магистр естественных наук, докторант 2-го года обучения, Научный сотрудник, Научный Центр Нанотехнологии и наноматериалов

Тогжан Сейсембекова, Карагандинский университет им. Е.А.Букетова

Магистр педагогических наук, докторант 2-го года обучения, Младший научный сотрудник,  Научный Центр Нанотехнологии и наноматериалов

Библиографические ссылки

Anrango-Camacho C., Pavón-Ipiales K., Frontana-Uribe B.A., Palma-Cando A. Recent Advances in Hole-Transporting Layers for Organic Solar Cells. Nanomaterials, 2022, Vol. 12, No 443, pp. 1-54. DOI:10.3390/nano12030443.

Wen Y., Xu J. Scientific Importance of Water-Processable PEDOT–PSS and Preparation, Challenge and New Application in Sensors of Its Film Electrode: A Review. J. Pol. Sci. Part A: Pol. Chem.. 2017, Vol. 55, pp.1121-1150. doi: 10.1002/pola.28482.

Roh E., Hwang B.U., Kim D., Kim B.Y., Lee N.E. Stretchable, Transparent, Ultrasensitive, and Patchable Strain Sensor for Human-Machine Interfaces Comprising a Nanohybrid of Carbon Nanotubes and Conductive Elastomers. ACS Nano, 2015, Vol. 9, pp. 6252-6261. doi:10.1021/acsnano.5b01613

Choong C.L., Shim M.B., Lee B.S., Jeon S., et al. Highly Stretchable Resistive Pressure Sensors Using a Conductive Elastomeric Composite on a Micropyramid Array. Adv. Mat., 2014, Vol.26, Is.21, pp. 3451–3458. doi:10.1002/adma.201305182.

Xia Y., Dai S. Review on applications of PEDOTs and PEDOT:PSS in perovskite solar cells. J. Mater. Sci. Mater. Electron, 2021, Vol. 32, pp. 12746-12757. doi:10.1007/s10854-020-03473-w.

Ouyang J., Chu C.W., Chen F.C., Xu Q., Yang Y. High-conductivity poly(3,4‐ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) film and its application in polymer optoelectronic devices. Adv. Funct. Mater., 2005, Vol.15, Is.2, pp. 203-208. doi: 10.1002/adfm.200400016.

Lim F.J., Ananthanarayanan K., Luther J., Ho G.W. Influence of a novel fluorosurfactant modified PEDOT:PSS hole transport layer on the performance of inverted organic solar cells. J. Mater. Chem., 2012, Vol. 22, pp. 25057-25064. doi: 10.1039/C2JM35646E.

Mihailetchi V.D., Duren J.K.V., Blom P.W., Hummelen J.C., et al. Electron transport in a methanofullerene. Adv. Funct. Mater., 2003, Vol. 13, Iss. 1, pp. 43-46. doi:10.1002/adfm.200390004.

Lee D.Y., Na S.I., Kim S.S. Graphene oxide/PEDOT:PSS composite hole transport layer for effcient and stable planar heterojunction perovskite solar cells. Nanoscale, 2016, 8, pp. 1513-1522. doi:10.1039/C5NR05271H.

Giuri A., Masi S., Colella S., Kovtun A., Dell’Elce S., et al. Cooperative Effect of GO and Glucose on PEDOT:PSS for High VOC and Hysteresis-Free Solution-Processed Perovskite Solar Cells. Adv. Funct. Mater., 2016, Vol. 26, Is. 38, pp. 6985-6994. doi:10.1002/adfm.201603023.

Huang D., Goh T., Kong J., Zheng Y., Zhao S., Xu Z., Taylor A. Perovskite solar cells with a DMSO-treated PEDOT:PSS hole transport layer exhibit higher photovoltaic performance and enhanced durability. Nanoscale, 2017, Vol. 9, pp. 4236-4243. doi:10.1039/C6NR08375G.

Hu L., Sun K., Wang M., Chen W., et al. Inverted Planar Perovskite Solar Cells with a High Fill Factor and Negligible Hysteresis by the Dual Effect of NaCl-Doped PEDOT:PSS. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, Vol. 9, Is. 50, pp. 43902-43909. doi:10.1021/acsami.7b14592.

Rwei S.P., Lee Y.H., Shiu J.W., Sasikumar R., Shyr U.T. Characterization of Solvent-Treated PEDOT:PSS Thin Films with Enhanced Conductivities. Polymers, 2019, Vol. 11, Is. 134, pp. 1-10. doi:10.3390/polym11010134.

Ouyang J. “Secondary doping” methods to significantly enhance the conductivity of PEDOT:PSS for its application as transparent electrode of optoelectronic devices. Displays, 2013, Vol. 34, Is. 5, pp. 423-436. DOI:10.1016/j.displa.2013.08.007

Shi H., Liu C.C., Jiang Q.L., Xu J.K. Effective approaches to improve the electrical conductivity of PEDOT:PSS: A review. Adv. Electron. Mater., 2015, Vol. 1, Is.4, pp. 1500017. doi:10.1002/aelm.201500017

Xiong J., Jiang F., Zhou W., Liu C., Xu J. Highly electrical and thermoelectric properties of a PEDOT:PSS thin-film via direct dilution-filtration. RSC Adv., 2015, Vol. 5, pp. 60708-60712. doi:10.1039/C5RA07820B.

Xia Y., Ouyang J. Anion effect on salt-induced conductivity enhancement of poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) films. Org. Electron., 2010, Vol. 11, pp. 1129–1135. doi:10.1016/j.orgel.2010.04.007.

Namkoong G., Younes E.M., Abdel-Fattah T.M., El-Maghraby E.M, et al. Aging process of PEDOT:PSS dispersion and robust recovery of aged PEDOT:PSS as a hole transport layer for organic solar cells. Org. Electron., 2015, Vol. 25, pp. 237-244. doi:10.1016/j.orgel.2015.06.049.

Jewłoszewicz B., Bogdanowicz K.A., Przybył W., et al. PEDOT:PSS in Water and Toluene for Organic Devices-Technical Approach. Polymers, 2020, Vol. 12, Is. 3, pp. 565 (1-19). doi:10.3390/polym12030565.

Aimukhanov A.K., Rozhkova X.S., Ilyassov B.R., Zeinidenov A.K., Nuraje N. The influence of structural and charge transport properties of PEDOT:PSS layers on the photovoltaic properties of polymer solar cells, Polym. Adv. Technol., 2021, Vol. 32, pp. 49-504. doi:10.1002/pat.5102.

Kim K., Ihm K., Kim B. Surface property of indium tin oxide (ITO) after various methods of cleaning. Acta Phys. Pol. A, 2015, Vol. 127, No. 4, pp. 1176-1179. doi:10.12693/APhysPolA.127.1176.

Bisquert J., Mora-Sero I., Fabregat-Santiago F. Diffusion-recombination impedance model for solar cells with disorder and nonlinear recombination. ChemElectroChem, 2014, Vol. 1, Is. 1, pp. 1-9. doi:10.1002/celc.201300091.

Xia Y, Sun K, Ouyang J. Highly conductive poly(3,4-ethylenedioxythiophene):Poly(styrene sulfonate) films treated with an amphiphilic fluoro compound as the transparent electrode of polymer solar cells. Energy Environ. Sci., 2012, Vol. 5, Is. 1, pp. 5325-5332. doi:10.1039/c1ee02475b.

Zeinidenov А.К., Abisheva А.К., Ilyassov B.R., Aimukhanov А.К., Abilmazhinov S.E. Influence of structural features of ZnO films on optical and photoelectric characteristics of inverted polymer solar elements. Eurasian Phys. Tech. J., 2021, Vol.18, No.36, pp. 40-46. doi: 10.31489/2021No2/40-46.

Загрузки

Опубликован

2022-07-15

Как цитировать

Аймуханов, А., Рожкова, К., Ильясов, Б., Омарбекова, Г., & Сейсембекова, Т. (2022). Влияние спиртовых растворителей на структурные, оптические и электрофизические характеристики пленок полимера PEDOT:PSS, отожженных при низком атмосферном давлении. Eurasian Physical Technical Journal, 19(2(40), 35–41. https://doi.org/10.31489/2022No2/35-41

Выпуск

Раздел

Материаловедение