PEDOT/PSSおよび有機溶媒分散PEDOT

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PEDOT/PSS

PEDOTは、導電性が良好なこと、ドーピングされた（導体）状態での環境安定性が優れていること、および薄膜として使用した場合の光透過性が妥当であることから、最も一般的に使用されているICP（Intrinsically Conducting Polymer）のひとつです^1,2。PEDOTコーティングの一般的な方法は、PEDOTとポリアニオンポリ（スチレンスルホン酸塩）すなわちPEDOT-PSSの混合物からなる水分散液を使用します。弊社では、分散液をはじめとするいくつかの種類のPEDOT/PSS製品を販売しております（表1）。低導電性グレードは有機ELおよび有機太陽電池の正孔注入層としての使用に適しており、また高導電性グレードは仕事関数が約5.1eVの透明導体として評価されています^3,4。

表1PEDOT/PSSの製品リスト
※Orgacon is a trademark of Agfa-Gevaert N.V.
※Orgacon製品の有機太陽電池への応用については「フレキシブル有機太陽電池用導電性ポリマー材料：Orgacon™ PEDOT : PSS」をご参考ください。

製品番号	製品名	用途・物性
483095	PEDOT/PSS 1.3 wt % dispersion in H2O, conductive grade	プラスチックやガラスなどの帯電防止コーティングに用いられます。 組成： PEDOT 約0.5 wt. %, PSS 約0.8 wt. % 導電率： 1 S/cm
560596	PEDOT/PSS 2.8 wt % dispersion in H2O, low-conductivity grade	有機ELや高分子LEDの正孔注入層として有用で、低駆動電圧化や発光効率の向上、ディスプレイの長寿命化などの効果が得られます。 組成： PEDOT 約0.14 %, PSS 約2.6 % (Na: <300 ppm) pH： 1.2～1.8 導電率：約1×10-5 S/cm 粘性率： < 20 mPa.s
655201	PEDOT/PSS 3.0-4.0% in H2O, high-conductivity grade	有機薄膜トランジスタの作製に用いられます。 pH： 1.5～2.5 導電率： ＞ 200 S/cm 粘性率： 10-30 cP (20℃)
739316	PEDOT/PSS 0.8% in H2O, conductive inkjet ink Orgacon IJ-1005	ITOを用いない有機太陽電池にて高導電性正孔輸送層として利用可能で、ピエゾ式インクジェット印刷を用いた、透明導電性薄膜のパターニングに最適です。 pH： 1.5～2.5 溶媒： 1～5 % Ethanol, 5～10 % Diethylene glycol 粘性率： 7-12 mPa.s
900181	PEDOT/PSS 0.5 - 1% in H2O, high-conductivity grade Orgacon S315	ITOに替わる透明導電性膜の作製や、ITOを用いない有機太陽電池に利用されます。 pH： 2 - 3 抵抗： 125 Ohm/sq 粘性率： < 30 mPa.s (20℃)
768650	PEDOT/PSS 5.0 wt. %, conductive screen printable ink Orgacon EL-P-5015	スクリーン印刷用インクで、PETやPC、PMMA、PI、ガラスなどのフレキシブル/リジットな基板に、透明導電性構造のパターニング（解像度100μm まで）が可能です。ELランプや静電容量式タッチセンサ、メンブランスイッチで重要な、柔軟性および成形性に優れています。 pH： 1.5～2.0 抵抗： 50-150 Ω/sq 粘性率： 50,000-90,000 mPa.s (22℃)
739332	PEDOT/PSS 1.1% in H2O, Surfactant-free, high-conductivity grade Orgacon ICP 1050	界面活性剤を含まない、高導電性PEDOT:PSSポリマー分散液です。透明導電性コーティングで性能を最適化するには添加剤（たとえば界面活性剤や高沸点溶媒など）が必要な場合があります。 pH： < 2.5 抵抗： < 100 Ω/sq, > 80 % visible light transmission (40 μm wet) 粘性率： < 100 cP (22℃)
739324	PEDOT/PSS 1.1% in H2O, neutral pH, high-conductivity grade Orgacon N-1005	界面活性剤を含まないPEDOT:PSS分散液で、pHが5～7に調整されています。プリンテッドエレクトロニクスにおける、pHが中性の透明導電性薄膜の作製（たとえば正孔注入層など）に最適です。有機太陽電池、たとえばバルクヘテロ型タンデム構造での再結合層としての利用が可能です。 pH： 5～7 抵抗： < 100 Ω/sq, > 70 % visible light transmission (40 μm wet) 粘性率： < 100 cP (22℃)
768618	PEDOT/PSS (dry re-dispersible pellets) Orgacon DRY	エタノール（最小限の水を含む）などの極性有機溶媒に再分散させても、PEDOT/PSSの特性を維持することが可能で、コーティングやインク用途に用いることができます。 （参照：Agfa Orgacon™ 比較表ページ）

有機溶媒分散PEDOT

PEDOT/PSSは商用ベースで成功していますが、溶媒が水であること、ドーパントであるPSSが吸湿性で強酸性であるために、デバイスの寿命と性能を損う可能性があることが問題となっています^5-7,17。近年のフレキシブルな印刷電子デバイスの進歩に伴い、非吸湿性溶媒から処理でき、疎水性プラスチック基板を湿潤させる光透過性導電性ポリマー材料に対する関心が高まっています。

TDA Research社は、有機溶媒分散型PEDOT「Aedotron™ポリマー」を販売しています。ドープされたPEDOTとポリ(エチレングリコール)などのフレキシブルな可溶性ポリマーとのブロック共重合体であり⁸、複数のタイプのブロック共重合体と、有機溶媒中で安定なコロイド分散体を形成するための精製・プロセス法を開発しました。

表2に、2種類の代表的なAedotron™材料の特性をまとめました。ブロックの組成、分子量、ブロック比、およびドーパントの種類を注意深く制御して、共重合体のバルク導電性を10^-4 S/cmから60 S/cmまで変化させることができます。Aedotron™材料は酸性でも腐食性でもないため、さまざまな無機および有機基板上にこの共重合体の非吸湿性薄膜をスピンキャスト法またはその他の方法で塗布することが可能です。これらのコロイド分散は、PEDOTブロックの凝集を分子中の原子の立体配列によって制限する、高度に溶媒和されたPEG鎖によって安定化されています。この共重合体は、極性非プロトン溶媒中で容易に分散します。そして、高沸点溶媒を必要とする用途には炭酸プロピレンを、揮発性溶媒を必要とする用途にはニトロメタンを用いています。

表22種類のAedotron™ 導電性ポリマーの比較
*一般に、1～3層を1000 rpm以上でスピンコーティング
** ％T は400～800 nmの平均値。（バックグラウンド：コーニングガラス）

製品名 （製品番号）	分散液中の粒径 （nm）	バルク導電性 （S/cm）	シート抵抗* （Ω/□）	平均透過率 （%T）	スピンキャスト薄膜の RMS粗さ**（nm）
Aedotron™ C-NM （649805）	600-1,000	0.1-2	104-105	70-85	40
Aedotron™ C3-NM （687316）	200-600	10-60	600-3,000	70-85	10

この新規PEDOTのコロイド安定化メカニズムはポリマーのドーピングに依存しないため、ドーパントを制御しながら共重合体のバルク導電性と仕事関数を調整することが可能です。一般に、p-トルエンスルホン酸（PTS）をドープした共重合体は導電性が低いため、帯電防止／電荷散逸用途やOLEDの電極界面層として使用できます。

また、過塩素酸塩をドープした共重合体（Aedotron™ C 649805）は、透明度が高く、薄膜での導電性が向上します。トリブロック共重合体（Aedotron™ C3-NM 687316）を使用すると、透過率が80％（400～800 nmでの平均値）でシート抵抗が1000Ω/□の、ポリカーボネートやその他のプラスチックフィルム上で良好なぬれ性を持つ薄膜をスピンキャストできます。図1に、ガラス上に1000 RPMでスピンコートした1層、2層、および3層膜の紫外・可視透過率スペクトルを示します。

図1 Aedotron™ C3-NM薄膜の紫外・可視スペクトル。
（上から順に1層、2層、および3層の膜のスペクトル。それぞれの抵抗値も併記しています。）

このスペクトル特性から、タッチセンサー式ディスプレイやELランプおよびELディスプレイに使用できる透明導電体の要件を満たしていることがわかります。トリブロック共重合体は、マルチブロック共重合体より懸濁液中での粒径が小さいため（290 nm）、接触モード原子間力顕微鏡で測定した表面粗さが少ない（<10 nm）薄膜を作成することができます。

多層デバイスの設計では、さまざまな層の中での材料の相対的なエネルギーバンド構造を考慮することが重要です。XPS（X線光電子分光法）を用いて測定したマルチブロック共重合体の仕事関数は、PEDOT-PSS混合物の仕事関数よりも低いことが明らかになっています（Aedotron™ Cポリマーでは4.3 eV）⁹。薄膜電子デバイスを作製する際に、エネルギーバンドの位置合わせや重なりが非常に重要な場合、この低い仕事関数を考慮する必要があります。

表3有機溶媒分散PEDOTの製品リスト

製品番号	製品名	共重合パターン （ドーパント）	導電性 （bulk, S/cm）	備考
649805	Aedotron™ C-NM, 1 wt.% in nitromethane	PEDOT-block-PEG (perchlorate)	0.1～2.0	有機ELやフレキシブル回路、コンデンサ、電池など、さまざまな有機エレクトロニクス用途での帯電防止層やホール輸送層として有用です。
736287	Aedotron™ C3-PC, 0.8 wt.% in propylene carbonate	C12-PEG-b-PEDOT-b-PEG-C12 (perchlorate)	10～45	導電性薄膜、透明導電性電極の作製に有用です。炭酸プロピレン溶液はディップコーティングに、ニトロメタン溶液はスピンコートでの成膜に適しています。
687316	Aedotron™ C3-NM, 0.7 wt.% in nitromethane
649813	Oligotron™ PC, 0.5 wt.% in propylene carbonate	PEDOT, tetramethacrylate end-capped (p-toluenesulfonate)	0.1～0.5	反応性の高いPEDOTオリゴマー(平均Mn：約6,000)。メタクリル酸やアクリル酸化合物と反応させてポリマーブレンドの作製が可能です。
649821	Oligotron™ NM, 0.5 wt.% in nitromethane

製品リスト

PEDOT/PSS

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References

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