[發明專利]一種高性能取向碳納米管薄膜電極的制備方法

有效

• 申請號: 201210223219.9
• 申請日: 2012-07-02
• 公開（公告）號: CN102737853A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 彭慧勝;仰志斌;黃三慶;張玲莉;蔡振波
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01G9/042
• 分類號: H01G9/042;H01G9/20
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種太陽能電池對電極用的取向碳納米管薄膜的制備方法。

背景技術

眾所周知，目前地球面臨著十分嚴峻的能源危機。太陽能電池，作為解決能源危機最有希望的途徑之一，近年來受到學術界和工業界的廣泛關注^1-3。目前研究較多的是無機太陽能電池，但資源有限、制備過程復雜，成本高等缺點成為制約其應用的關鍵^4-6。因而，近年來有機太陽能電池的研究引起國內外學者的強烈興趣。但有機光伏材料的性能仍然有待提高。對電極材料，作為有機太陽能電池的重要組成部分之一，是影響太陽能電池性能的關鍵因素之一。目前鉑被廣泛用于有機太陽能電池的對電極，但由于鉑屬于貴金屬、且易腐蝕、制備條件苛刻，需要在高溫高壓條件下進行沉積^7,8，因而，尋找新型高效的有機太陽能對電極材料，對于增強太陽能電池的穩定性，提高太陽能電池的效率具有非常重大的意義。碳納米管，一種新型的納米材料，同時具有高的電子傳輸性能和電催化活性，對于太陽能電池對電極具有良好的應用前景^9,10。由于無規碳納米管易團聚，分散不均勻，可控性差，因而不利于其性能的最優發揮。本發明采用膠帶法制備了高度取向碳納米管薄膜，該方法具有操作簡單，可控性好，制備的碳納米管薄膜表面平整且均一。將該取向碳納米管薄膜用于太陽能電池的對電極，所組裝的太陽能電池具有較高的效率，甚至超過相同條件下采用傳統鉑作為對電極時的效率。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有優良導電性能、厚度可控、表面平整均勻，具有良好太陽能電池對電極性能的取向碳納米管薄膜的制備方法。?

本發明提供制備具有良好太陽能電池對電極性能的取向碳納米管薄膜的方法，主要是通過帶膠基底粘附法，使取向碳納米管薄陣列轉移到帶膠基底上。然后再將其進一步轉移到FTO或其它基底上，通過滴加有機溶劑如酒精使其收縮或者施加外力進行壓縮，從而制備高度取向、厚度可控、表面平整均勻的碳納米管薄膜。通過改變帶膠基底的厚度以調節取向碳納米管薄陣列的厚度，以及選擇是否滴加有機溶劑和調節壓縮力的大小，從而控制取向碳納米管薄膜的厚度和密度。由于所制備的碳納米管薄膜高度取向且表面平整均勻，因而可與FTO等基底形成良好的接觸，燒結后可進一步形成良好的結合，將其用作太陽能電池的對電極，所組裝的太陽能電極具有較高的效率。該方法的創新之處在于，制備了高度取向且表面平整的碳納米管薄膜，將其用于太陽能電池的對電極，可獲得較高的光電轉換效率。

本發明的具體步驟如下：

第一，取向碳納米管陣列的制備

將膠帶貼在到厚度為100?nm-2?mm基底上，并使其與碳納米管陣列邊緣頂部垂直接觸，然后撕下帶膠基底，邊緣的一層取向碳納米管陣列被粘附并轉移到帶膠基底上，得到取向碳納米管陣列薄層，該取向碳納米管陣列薄層的厚度等于基底的厚度100?nm-2?mm；然后，按住取向碳納米管陣列薄層，同時滴加（或者不加）少量酒精或者丙酮或者其他有機溶劑，撕掉帶膠基底，取向碳納米管陣列薄層被分離并轉移到基底上，其中碳納米管平行于基底取向。如圖1所示，所述基底可采用玻璃片、PET膜、FTO或其他任何表面較平的材料；

第二，高性能取向碳納米管薄膜的制備

在取向碳納米管陣列薄層表面滴加酒精或者其他有機溶劑并放置一片載玻片，然后在載玻片上施加大小為10⁵-10⁷?Pa?的壓力，將取向碳納米管陣列薄層壓縮成厚度為100?nm-100?μm，密度為10¹⁰-4×10¹¹?cm^-2的取向碳納米管薄膜。通過控制帶膠基底的寬度，壓力大小，加或者不加酒精等，可調節取向碳納米管薄膜的厚度和密度。圖2為不同密度取向碳納米管薄膜的掃描電子顯微鏡圖片。該取向碳納米管薄膜可以作為對電極用于染料敏化太陽能電池。