[發(fā)明專利]導(dǎo)電薄膜及染料敏化太陽能電池用聚苯胺/金屬納米線復(fù)合對(duì)電極

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611223675.8
• 申請(qǐng)日: 2016-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN106847512A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 臺(tái)啟東;金俊君;桑鴻乾;劉鈺旻;陳博磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江漢大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G9/20
• 分類號(hào): H01G9/20;H01B1/02
• 代理公司: 北京三高永信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11138
• 代理人: 徐立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電薄膜及含有該導(dǎo)電薄膜的染料敏化太陽能電池用聚苯胺/金屬納米線復(fù)合對(duì)電極。

背景技術(shù)

染料敏化太陽能電池(DSCs)因制備簡(jiǎn)單、成本低廉和轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛認(rèn)為是新一代太陽能電池中的有利競(jìng)爭(zhēng)者。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的DSC由光陽極、染料、電解質(zhì)和對(duì)電極四部分組成，其中對(duì)電極的主要功能是利用外電路中傳來的電子將電解質(zhì)中氧化態(tài)物質(zhì)還原,從而完成電子在電池中循環(huán)。鉑具有相當(dāng)好的導(dǎo)電性和催化性能,常用的對(duì)電極便是將其沉積于FTO襯底上制備的。但是,鉑是貴金屬且目前常用的兩種鉑電極的制備方法(熱分解法和濺射法)都是高能耗的,因而會(huì)增加DSCs的成本，不利于DSCs的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。為了降低成本,人們研究了大量的廉價(jià)功能性的材料用于取代鉑對(duì)電極，其中以聚苯胺(PANI)為代表的導(dǎo)電聚合物顯示出極好的應(yīng)用前景。

在現(xiàn)有的研究中，PANI等聚合物對(duì)電極的性能強(qiáng)烈依賴于FTO(氟摻雜氧化錫)、ITO(氧化銦錫)這樣的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)襯底的使用。事實(shí)上，對(duì)于非鉑類材料，由于自身導(dǎo)電性能有限，必需依托于TCO襯底才能獲得較好的性能。而TCO薄膜價(jià)格高(占DSCs總成本60％左右)、韌性差，不滿足電池實(shí)際應(yīng)用對(duì)低成本和柔性等方面的需求。近來，以銀納米線(AgNWs)和銅納米線(CuNWs)為代表的金屬納米線透明導(dǎo)電薄膜引起了廣泛關(guān)注。它們成本低、柔性好且具有與FTO、ITO相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性和透光性，在光電子器件中有廣闊的應(yīng)用前景。然而，卻鮮有將它們應(yīng)用于DSCs對(duì)電極的報(bào)道。其主要技術(shù)困難在于銀、銅納米線易被氧化，且極易被DSCs中的電解質(zhì)腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致器件失效。因此如何提高銀、銅納米線薄膜抗氧化腐蝕性能，是它們能否成功應(yīng)用于DSCs的關(guān)鍵。中國專利文獻(xiàn)CN104240798A公開了一種透明導(dǎo)電薄膜，使用中性的聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)和金屬納米線共混，以增加導(dǎo)電薄膜的水氧穩(wěn)定性。然而單純的PEDOT:PSS并不能有效降低DSCs中電解質(zhì)對(duì)金屬納米線的腐蝕性。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種導(dǎo)電薄膜，可以用于染料敏化太陽能電池用聚苯胺/金屬納米線復(fù)合對(duì)電極，所得復(fù)合對(duì)電極制備簡(jiǎn)單、成本低廉，且具有可觀的導(dǎo)電性、催化性能和抗氧化腐蝕性能，可用于取代鉑用于染料敏化太陽能電池的對(duì)電極。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供含有所述導(dǎo)電薄膜的染料敏化太陽能電池用聚苯胺/金屬納米線復(fù)合對(duì)電極。

發(fā)明概述

在本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種導(dǎo)電薄膜，位于基底之上，包括由下往上依次連接的金屬納米線薄膜和保護(hù)層，

其中，所述保護(hù)層為氧化物薄膜，或者氧化物薄膜及覆于氧化物薄膜之上的PEDOT:PSS薄膜的復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述氧化物為氧化錫、氧化鈦或氧化鋅中的至少一種。

根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種含有上述導(dǎo)電薄膜的染料敏化太陽能電池用聚苯胺/金屬納米線復(fù)合對(duì)電極，包括由下往上依次連接的基底、導(dǎo)電薄膜和聚苯胺薄膜。

具體的，所述基底可以為玻璃或塑料基底。

所述金屬納米線薄膜、氧化物薄膜、PEDOT:PSS薄膜、聚苯胺薄膜均可根據(jù)本領(lǐng)域公知技術(shù)制備得到。

本發(fā)明實(shí)施例選擇經(jīng)濟(jì)、易于制備的銅納米線(CuNWs)薄膜作為金屬納米線薄膜，優(yōu)選的，所述銅納米線薄膜的制備方法為：

將50-75mg二水氯化亞銅，300-500mg十六胺，100-200mg葡萄糖溶于20ml的去離子水中，加熱反應(yīng)生成銅納米線，提純后分散于第一溶劑中得到銅納米線分散液，

通過刮涂、旋涂、噴涂或薄膜轉(zhuǎn)移法在基底上制得銅納米線薄膜。

所述第一溶劑采用本領(lǐng)域常用選擇即可。

其中更優(yōu)選的，

將50-75mg二水氯化亞銅，300-500mg十六胺，100-200mg葡萄糖溶于20ml的去離子水中，在90-110℃下反應(yīng)6-8小時(shí)，生成的銅納米線用正己烷多次清洗、離心提純后，分散于作為第一溶劑的異丙醇中得到銅納米線分散液。最優(yōu)選的，將50-60mg二水氯化亞銅，300-400mg十六胺，100-200mg葡萄糖溶于20ml的去離子水中，在90-100℃下反應(yīng)6-8小時(shí)，生成銅納米線。

優(yōu)選的，所述保護(hù)層的制備方法為：

將氧化物的前驅(qū)體溶液涂覆于金屬納米線薄膜之上，然后在80-100℃下真空干燥15-60分鐘得到氧化物薄膜；

以及可選的，