[發明專利]一種基于平面梳齒狀電極結構的透明柔性電化學器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201210579735.5
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103903862A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 李恒;趙清;俞大鵬
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01G9/048
• 分類號: H01G9/048;H01G9/20;H01G11/26;H01G11/86
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

1.一種平面電極，包括設于同一透明柔性襯底的陽極和A電極，所述A電極為陰極或對電極；所述陽極和A電極均由收集電極和在所述收集電極上平行排列的梳齒狀電極組成，所述陽極與A電極的梳齒狀電極相互交叉排列，所述梳齒狀電極中齒的寬度以及相對交叉排列的梳齒狀電極中相鄰齒之間的距離均在10微米到100微米之間。

2.權利要求1所述的平面電極在制備透明柔性的電化學器件中的應用；所述電化學器件具體為染料敏化太陽能電池和/或超級電容器。

3.一種透明柔性的染料敏化太陽能電池，其包括權利要求1所述的平面電極、填充到所述平面電極內的電解液以及用于封裝所述平面電極和電解液的透明柔性襯底；所述平面電極中的A電極為對電極。

4.根據權利要求3所述的透明柔性的染料敏化太陽能電池，其特征在于：所述平面電極中的陽極為沉積在ITO薄膜表面的氧化鋅納米線陣列，所述氧化鋅納米線吸收了染料分子；

所述陽極中ITO薄膜的厚度為100-500nm；所述氧化鋅納米線的長度為1-10μm；

所述平面電極中的對電極為鉑電極。

5.制備權利要求4所述透明柔性的染料敏化太陽能電池的方法，包括下述步驟：其特征在于：

1)對透明柔性襯底進行等離子清洗；

2)在步驟1)處理后的透明柔性襯底表面制備以鉑薄膜為材料的梳齒狀對電極；

3)在步驟2)處理后的透明柔性襯底表面制備以ITO薄膜和氧化鋅納米線陣列為材料的梳齒狀光陽極；

4)在氧化鋅納米線表面加載染料，用透明柔性襯底封裝器件，灌注電解液，得到所述染料敏化太陽能電池。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于：步驟1)中所述透明柔性襯底為聚對苯二甲酸乙二酯襯底，其厚度為100-500μm；對聚對苯二甲酸乙二酯表面進行等離子體清洗的方法如下：將聚對苯二甲酸乙二酯襯底放入等離子體清洗機中，在Ar/O₂的氣氛下，以5.0-20.0sccm的流量、40-100W的功率清洗5-60秒鐘；

步驟2)中制備所述梳齒狀對電極的方法如下：在透明柔性襯底表面旋涂一層光刻膠，然后以梳齒狀圖案為光掩膜版在光刻機下曝光、顯影，得到梳齒狀對電極圖案；利用電子束蒸發鍍膜法，在樣品表面蒸鍍一層鉑薄膜，然后去掉所有光刻膠及其表面附著的鉑薄膜，得到以鉑薄膜為材料的梳齒狀對電極圖案；其中，所述光刻膠的厚度為0.5-3.0微米；所述曝光的時間為5-20秒鐘，顯影的時間為10-30秒鐘；在樣品表面蒸鍍的鉑薄膜的厚度為5-20nm；

步驟3)中制備梳齒狀光陽極的方法如下：在透明柔性襯底表面旋涂一層光刻膠，然后以梳齒狀圖案為光掩膜版在光刻機下曝光、顯影，得到梳齒狀光陽極的圖案；利用磁控濺射鍍膜法，在樣品表面依次蒸鍍一層ITO薄膜、一層鋁摻雜的氧化鋅薄膜，然后把樣品浸泡在硝酸鋅和六次甲基四胺的混合溶液中，在80-95℃下水浴處理1-6小時，得到500納米的氧化鋅納米線陣列，根據需要重復上述氧化鋅納米線陣列生長過程，直至需要的氧化鋅納米線長度，每一次生長把氧化鋅納米線延長500納米；氧化鋅納米線陣列生長完成之后，去掉所有的光刻膠及其表面附著的薄膜，得到以ITO薄膜和氧化鋅納米線陣列為材料的梳齒狀光陽極；其中，所述光刻膠的厚度為0.5-3.0微米；所述曝光的時間為5-20秒鐘，顯影的時間為10-30秒鐘；在樣品表面蒸鍍的鉑薄膜的厚度為5-20nm；所述ITO薄膜的厚度為100-500nm，所述鋁摻雜的氧化鋅薄膜的的厚度為10-100nm；所述硝酸鋅和六次甲基四胺的混合溶液中硝酸鋅的濃度為10-50mM，六次甲基四胺的濃度為10-50mM；

步驟4)的方法如下：把步驟3)處理后的樣品浸泡在染料分子溶液中，使光陽極中的氧化鋅納米線陣列充分吸收染料分子；取出處理后的光陽極用無水乙醇沖洗樣品表面，除去物理吸附在光陽極和對電極上的染料分子；把雙面膠帶貼在兩個電極交錯排列區域的兩側邊緣，再把一層透明柔性襯底壓在上面，在50-100度烘烤1小時以上，完成了染料敏化電池的封裝，最后把電解液注入兩個柔性襯底之間的空間，即得到所述染料敏化太陽能電池；其中，所述染料分子溶液為N719染料的乙醇溶液，其濃度為0.1-1.0mM；浸泡的時間為0.5-2.0小時。