[发明专利]一种高性能取向碳纳米管薄膜电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池对电极用的取向碳纳米管薄膜的制备方法。

背景技术

众所周知，目前地球面临着十分严峻的能源危机。太阳能电池，作为解决能源危机最有希望的途径之一，近年来受到学术界和工业界的广泛关注^1-3。目前研究较多的是无机太阳能电池，但资源有限、制备过程复杂，成本高等缺点成为制约其应用的关键^4-6。因而，近年来有机太阳能电池的研究引起国内外学者的强烈兴趣。但有机光伏材料的性能仍然有待提高。对电极材料，作为有机太阳能电池的重要组成部分之一，是影响太阳能电池性能的关键因素之一。目前铂被广泛用于有机太阳能电池的对电极，但由于铂属于贵金属、且易腐蚀、制备条件苛刻，需要在高温高压条件下进行沉积^7,8，因而，寻找新型高效的有机太阳能对电极材料，对于增强太阳能电池的稳定性，提高太阳能电池的效率具有非常重大的意义。碳纳米管，一种新型的纳米材料，同时具有高的电子传输性能和电催化活性，对于太阳能电池对电极具有良好的应用前景^9,10。由于无规碳纳米管易团聚，分散不均匀，可控性差，因而不利于其性能的最优发挥。本发明采用胶带法制备了高度取向碳纳米管薄膜，该方法具有操作简单，可控性好，制备的碳纳米管薄膜表面平整且均一。将该取向碳纳米管薄膜用于太阳能电池的对电极，所组装的太阳能电池具有较高的效率，甚至超过相同条件下采用传统铂作为对电极时的效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良导电性能、厚度可控、表面平整均匀，具有良好太阳能电池对电极性能的取向碳纳米管薄膜的制备方法。 

本发明提供制备具有良好太阳能电池对电极性能的取向碳纳米管薄膜的方法，主要是通过带胶基底粘附法，使取向碳纳米管薄阵列转移到带胶基底上。然后再将其进一步转移到FTO或其它基底上，通过滴加有机溶剂如酒精使其收缩或者施加外力进行压缩，从而制备高度取向、厚度可控、表面平整均匀的碳纳米管薄膜。通过改变带胶基底的厚度以调节取向碳纳米管薄阵列的厚度，以及选择是否滴加有机溶剂和调节压缩力的大小，从而控制取向碳纳米管薄膜的厚度和密度。由于所制备的碳纳米管薄膜高度取向且表面平整均匀，因而可与FTO等基底形成良好的接触，烧结后可进一步形成良好的结合，将其用作太阳能电池的对电极，所组装的太阳能电极具有较高的效率。该方法的创新之处在于，制备了高度取向且表面平整的碳纳米管薄膜，将其用于太阳能电池的对电极，可获得较高的光电转换效率。

本发明的具体步骤如下：

第一，取向碳纳米管阵列的制备

将胶带贴在到厚度为100 nm-2 mm基底上，并使其与碳纳米管阵列边缘顶部垂直接触，然后撕下带胶基底，边缘的一层取向碳纳米管阵列被粘附并转移到带胶基底上，得到取向碳纳米管阵列薄层，该取向碳纳米管阵列薄层的厚度等于基底的厚度100 nm-2 mm；然后，按住取向碳纳米管阵列薄层，同时滴加（或者不加）少量酒精或者丙酮或者其他有机溶剂，撕掉带胶基底，取向碳纳米管阵列薄层被分离并转移到基底上，其中碳纳米管平行于基底取向。如图1所示，所述基底可采用玻璃片、PET膜、FTO或其他任何表面较平的材料；

第二，高性能取向碳纳米管薄膜的制备

在取向碳纳米管阵列薄层表面滴加酒精或者其他有机溶剂并放置一片载玻片，然后在载玻片上施加大小为10⁵-10⁷ Pa 的压力，将取向碳纳米管阵列薄层压缩成厚度为100 nm-100 μm，密度为10¹⁰-4×10¹¹ cm^-2的取向碳纳米管薄膜。通过控制带胶基底的宽度，压力大小，加或者不加酒精等，可调节取向碳纳米管薄膜的厚度和密度。图2为不同密度取向碳纳米管薄膜的扫描电子显微镜图片。该取向碳纳米管薄膜可以作为对电极用于染料敏化太阳能电池。