[發(fā)明專利]一種半透明薄膜電極及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011161627.7
• 申請(qǐng)日: 2020-10-27
• 公開（公告）號(hào): CN112397314B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹大鵬;于曉慧;張靜波;王岸晨;殷惠明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G9/20
• 分類號(hào): H01G9/20;H01G9/042;H01G9/048;H01M14/00
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 毛燕飛

本發(fā)明公開了一種半透明薄膜電極及其制備方法，該制備方法包括以下步驟：S1：按一定比例稱取半導(dǎo)體納米材料和透光性材料，在超聲的條件下分散于有機(jī)溶劑中，獲得混合均勻的膠狀懸浮液；S2：將懸浮液均勻的涂覆在透明導(dǎo)電基底上，制成厚度均勻的薄膜，之后置于壓片機(jī)下在1?100MPa的壓力下壓制成半透明薄膜，得到具有半透明薄膜的電極。本發(fā)明提供了一種操作簡(jiǎn)單、適用于在常溫下且能夠大面積制備半透明電極的方法，能夠有效的避免能源的浪費(fèi)，降低制作成本。且所制備的電極能同時(shí)適用于DSSC和PEC電池應(yīng)用中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池元件制備領(lǐng)域，具體涉及一種半透明薄膜電極及其制備方法。

背景技術(shù)

染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)是一種將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的器件，具有光電轉(zhuǎn)化效率高、成本低、制備簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。光電化學(xué)電池(PEC)是一種將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。這兩種器件的商業(yè)前景十分的廣闊，對(duì)于可持續(xù)發(fā)展和能源短缺的問(wèn)題有著重要的意義。

DSSC一般由光陽(yáng)極、染料、電解液、對(duì)電極組成，其中光陽(yáng)極作為器件中的電子傳輸層和染料吸附的支撐層，在電池中的作用至關(guān)重要。好的光陽(yáng)極需要滿足的特點(diǎn)有：多孔結(jié)構(gòu)、電荷傳輸性能好、能帶位置合適、化學(xué)穩(wěn)定性好。光陽(yáng)極多孔結(jié)構(gòu)提供更大比表面積吸附更多染料分子，吸收更多太陽(yáng)光，提升光電流。PEC結(jié)構(gòu)與DSSC類似，主要由陽(yáng)極、電解液和陰極組成。其中陽(yáng)極或(和)陰極起到吸光、產(chǎn)生光生載流子的作用。好的陽(yáng)極或(和)陰極材料需要滿足的特點(diǎn)有：寬的光譜響應(yīng)范圍、電荷傳輸性能好、能帶位置合適、化學(xué)穩(wěn)定性好。DSSC和PEC都可以組裝成雙光子系統(tǒng)，來(lái)進(jìn)一步提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率，這就要求DSSC和PEC的電極在非光譜相應(yīng)范圍具有很好的透光率。

目前制備電極的方法有很多，通過(guò)電泳、噴霧、旋涂等方式制備出的薄膜電極其內(nèi)部納米顆粒間連接性不強(qiáng)，不利于電荷轉(zhuǎn)移，一般需要通過(guò)高溫退火以及表面處理等方法進(jìn)行性能優(yōu)化，未經(jīng)優(yōu)化的電極性能很低。這些電極處理方法較為復(fù)雜，并且需要消耗很多能源與資源，不利于低溫和柔性制備。另外，傳統(tǒng)制備方式處理后的電極透光性能不佳，影響非光譜響應(yīng)范圍的透光性，不利于制備串聯(lián)電池。而通過(guò)磁控濺射、蒸鍍等方法對(duì)于設(shè)備及制備環(huán)境有著嚴(yán)格的要求，制備的電極表面積小不利于與電解液的充分接觸。所以低溫制備透光性好、連接緊密的納米顆粒形成的薄膜對(duì)于整體上提升電池效率、組裝電池具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中DSSC和PEC電池用電極制作工藝不完善問(wèn)題，本發(fā)明提出一種半透明薄膜電極及其制備方法。

實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種制備半透明薄膜電極的方法，包括以下步驟：

S1：按一定比例稱取半導(dǎo)體納米材料和透光性材料，在超聲的條件下分散于有機(jī)溶劑中，獲得混合均勻的膠狀懸浮液；

S2：將懸浮液均勻的涂覆在透明導(dǎo)電基底上，制成厚度均勻的薄膜，之后置于壓片機(jī)下在1-100MPa的壓力下壓制成半透明薄膜，得到具有半透明薄膜的電極。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟S1中包括以下步驟：

S11：篩選一定顆粒尺寸的半導(dǎo)體納米材料均勻分散在有機(jī)溶劑中，并定容至設(shè)定的體積；

S12：按一定質(zhì)量比加入透光性材料，經(jīng)超聲處理一段時(shí)間后加入碘單質(zhì)，之后繼續(xù)超聲處理得到膠狀懸浮液。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述半導(dǎo)體納米材料和所述透光性材料的質(zhì)量比為0.1％。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的半導(dǎo)體納米材料選自氧化鈦、氧化鐵、氧化鎢、氮化鉭、硫化鎘、釩酸鉍、氧化鋅的任一種或任幾種化合物的混合，所述半導(dǎo)體納米材料的顆粒大小為25nm。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的透光性材料選擇石墨烯或量子點(diǎn)材料。