[发明专利]导电薄膜及染料敏化太阳能电池用聚苯胺/金属纳米线复合对电极

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电薄膜及含有该导电薄膜的染料敏化太阳能电池用聚苯胺/金属纳米线复合对电极。

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSCs)因制备简单、成本低廉和转换效率高等优点而被广泛认为是新一代太阳能电池中的有利竞争者。一个标准的DSC由光阳极、染料、电解质和对电极四部分组成，其中对电极的主要功能是利用外电路中传来的电子将电解质中氧化态物质还原,从而完成电子在电池中循环。铂具有相当好的导电性和催化性能,常用的对电极便是将其沉积于FTO衬底上制备的。但是,铂是贵金属且目前常用的两种铂电极的制备方法(热分解法和溅射法)都是高能耗的,因而会增加DSCs的成本，不利于DSCs的大规模商业化应用。为了降低成本,人们研究了大量的廉价功能性的材料用于取代铂对电极，其中以聚苯胺(PANI)为代表的导电聚合物显示出极好的应用前景。

在现有的研究中，PANI等聚合物对电极的性能强烈依赖于FTO(氟掺杂氧化锡)、ITO(氧化铟锡)这样的透明导电氧化物(TCO)衬底的使用。事实上，对于非铂类材料，由于自身导电性能有限，必需依托于TCO衬底才能获得较好的性能。而TCO薄膜价格高(占DSCs总成本60％左右)、韧性差，不满足电池实际应用对低成本和柔性等方面的需求。近来，以银纳米线(AgNWs)和铜纳米线(CuNWs)为代表的金属纳米线透明导电薄膜引起了广泛关注。它们成本低、柔性好且具有与FTO、ITO相当的导电性和透光性，在光电子器件中有广阔的应用前景。然而，却鲜有将它们应用于DSCs对电极的报道。其主要技术困难在于银、铜纳米线易被氧化，且极易被DSCs中的电解质腐蚀，进而导致器件失效。因此如何提高银、铜纳米线薄膜抗氧化腐蚀性能，是它们能否成功应用于DSCs的关键。中国专利文献CN104240798A公开了一种透明导电薄膜，使用中性的聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)和金属纳米线共混，以增加导电薄膜的水氧稳定性。然而单纯的PEDOT:PSS并不能有效降低DSCs中电解质对金属纳米线的腐蚀性。

发明内容

发明目的

本发明的一个目的是提供一种导电薄膜，可以用于染料敏化太阳能电池用聚苯胺/金属纳米线复合对电极，所得复合对电极制备简单、成本低廉，且具有可观的导电性、催化性能和抗氧化腐蚀性能，可用于取代铂用于染料敏化太阳能电池的对电极。

本发明的另一个目的是提供含有所述导电薄膜的染料敏化太阳能电池用聚苯胺/金属纳米线复合对电极。

发明概述

在本发明的第一个方面，提供了一种导电薄膜，位于基底之上，包括由下往上依次连接的金属纳米线薄膜和保护层，

其中，所述保护层为氧化物薄膜，或者氧化物薄膜及覆于氧化物薄膜之上的PEDOT:PSS薄膜的复合结构，所述氧化物为氧化锡、氧化钛或氧化锌中的至少一种。

根据本发明的第二个方面，提供了一种含有上述导电薄膜的染料敏化太阳能电池用聚苯胺/金属纳米线复合对电极，包括由下往上依次连接的基底、导电薄膜和聚苯胺薄膜。

具体的，所述基底可以为玻璃或塑料基底。

所述金属纳米线薄膜、氧化物薄膜、PEDOT:PSS薄膜、聚苯胺薄膜均可根据本领域公知技术制备得到。

本发明实施例选择经济、易于制备的铜纳米线(CuNWs)薄膜作为金属纳米线薄膜，优选的，所述铜纳米线薄膜的制备方法为：

将50-75mg二水氯化亚铜，300-500mg十六胺，100-200mg葡萄糖溶于20ml的去离子水中，加热反应生成铜纳米线，提纯后分散于第一溶剂中得到铜纳米线分散液，

通过刮涂、旋涂、喷涂或薄膜转移法在基底上制得铜纳米线薄膜。

所述第一溶剂采用本领域常用选择即可。

其中更优选的，

将50-75mg二水氯化亚铜，300-500mg十六胺，100-200mg葡萄糖溶于20ml的去离子水中，在90-110℃下反应6-8小时，生成的铜纳米线用正己烷多次清洗、离心提纯后，分散于作为第一溶剂的异丙醇中得到铜纳米线分散液。最优选的，将50-60mg二水氯化亚铜，300-400mg十六胺，100-200mg葡萄糖溶于20ml的去离子水中，在90-100℃下反应6-8小时，生成铜纳米线。

优选的，所述保护层的制备方法为：

将氧化物的前驱体溶液涂覆于金属纳米线薄膜之上，然后在80-100℃下真空干燥15-60分钟得到氧化物薄膜；

以及可选的，