[發明專利]一種光轉換功能的柔性納米纖維膜透光電極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110520775.1
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113284960B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 宋立新;陳祥;熊杰;杜平凡;章文杰
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;D04H1/728;D04H1/413
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明屬于透光電極技術領域，具體涉及一種光轉換功能的柔性納米纖維膜透光電極及其制備方法和應用。其中，柔性納米纖維膜透光電極，包括聚合物納米纖維膜，聚合物納米纖維膜中的納米纖維內嵌稀土納米顆粒，聚合物納米纖維膜的表面負載金屬納米顆粒。本發明的柔性納米纖維膜透光電極具柔韌性、導電、光轉換、透光和質輕的特點，在柔性可穿戴光電器件中的應用潛力巨大。

技術領域

本發明屬于透光電極技術領域，具體涉及一種光轉換功能的柔性納米纖維膜透光電極及其制備方法和應用。

背景技術

透光電極是光電器件的關鍵組成部分，廣泛應用于光電轉換、信息顯示和照明等領域。隨著柔性可穿戴電子技術的發展，要求透光電極兼具質輕、大變形能力、力學穩定、高透光和高導電等特性，并可低成本大面積制作。銦摻雜二氧化錫(ITO)是目前應用最廣泛的透明薄膜電極。通常采用磁控濺射的方式沉積到玻璃或聚合物柔性襯底上制成。然而這種制備方式需要高真空的環境和復雜昂貴的設備，制備流程復雜冗長、材料利用率低，而且ITO本身脆弱易折，不能滿足柔性電子器件任意彎折的應用需求。經過大量的努力，發展出可能取代ITO的多種材料，如碳納米管、石墨烯、金屬納米線、金屬網絡和導電聚合物等等。然而，碳納米管或石墨烯電極具備優良的透光性和導電性，但其變形能力一般，尤其是拉伸變形能力。金屬納米線或金屬網格電極具備優異的導電性和一定的透光性，可其變形能力和力學穩定性有待提高。導電聚合物薄膜電極具備較好的變形能力，但透光性能、導電性和化學穩定性一般。顯然單一材料組成的電極難以兼具大變形能力、力學穩定性、優異的透光性和高導電性等特性，因此研究人員寄希望于復合材料電極。Cui等將碳納米管和銀納米線分別沉積在納米纖維紙上制備了高柔性透光電極，但其力學穩定性有待研究。Servati等采用真空濺射法在聚丙烯腈(PAN)納米纖維表面沉積一層金納米顆粒獲得了納米纖維膜透光電極，其具備質輕和大變形能力、良好的導電性和不錯的透光性。可見，基于納米纖維膜的電極為質輕、柔性、透光電極提供了思路。

目前，光電器件，如太陽能電池、光電探測器等，在太陽光驅動下工作運行。然而，太陽光中的紫外光往往腐蝕光電器件的光活性層，限制光電器件的工作效率和穩定性。如果將紫外光能轉換成可見光，不僅能阻擋紫外光對光活性的腐蝕，還能提高光活性層的光吸收，從而提高器件的穩定性和效率。因此，如何獲得光轉換(將紫外光轉換成可見光)、低電阻、高透光率、高柔性的電極，并實現簡單快速大面積低成本的制備成為該領域前沿研究的重點之一。

發明內容

基于現有透光電極中存在的上述不足，本發明提供一種光轉換功能的柔性納米纖維膜透光電極及其制備方法。

為了達到上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種光轉換功能的柔性納米纖維膜透光電極，包括聚合物納米纖維膜，聚合物納米纖維膜中的納米纖維內嵌稀土納米顆粒，聚合物納米纖維膜的表面負載金屬納米顆粒。

作為優選方案，所述聚合物納米纖維膜的聚合物為聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚酰亞胺、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯中的一種或多種。

作為優選方案，所述稀土納米顆粒為銪、鋱、鐿、銩、釤或鏑摻雜的三氧化二釔、三氧化二鑭、三氧化二釓、鉬酸鍶、釩酸釔或鋁酸鍶中的一種或多種。

作為優選方案，所述金屬納米顆粒為金、銀、銅、鎳、鉑金屬中的一種或多種。

本發明還提供如上任一方案所述的柔性納米纖維膜透光電極的制備方法，包括以下步驟：

(1)將聚合物、稀土納米顆粒加入溶劑中，經過攪拌、超聲獲得紡絲液；

(2)將紡絲液進行靜電紡絲，得到稀土納米顆粒/聚合物納米纖維膜；

(3)在稀土納米顆粒/聚合物納米纖維膜的表面沉積金屬納米顆粒。

作為優選方案，所述步驟(1)中，聚合物與溶劑的質量比為8～25：100，稀土納米顆粒與聚合物的質量比為10～60：100。