[发明专利]一种光转换功能的柔性纳米纤维膜透光电极及其制备方法和应用

说明书

本发明属于透光电极技术领域，具体涉及一种光转换功能的柔性纳米纤维膜透光电极及其制备方法和应用。其中，柔性纳米纤维膜透光电极，包括聚合物纳米纤维膜，聚合物纳米纤维膜中的纳米纤维内嵌稀土纳米颗粒，聚合物纳米纤维膜的表面负载金属纳米颗粒。本发明的柔性纳米纤维膜透光电极具柔韧性、导电、光转换、透光和质轻的特点，在柔性可穿戴光电器件中的应用潜力巨大。

技术领域

本发明属于透光电极技术领域，具体涉及一种光转换功能的柔性纳米纤维膜透光电极及其制备方法和应用。

背景技术

透光电极是光电器件的关键组成部分，广泛应用于光电转换、信息显示和照明等领域。随着柔性可穿戴电子技术的发展，要求透光电极兼具质轻、大变形能力、力学稳定、高透光和高导电等特性，并可低成本大面积制作。铟掺杂二氧化锡(ITO)是目前应用最广泛的透明薄膜电极。通常采用磁控溅射的方式沉积到玻璃或聚合物柔性衬底上制成。然而这种制备方式需要高真空的环境和复杂昂贵的设备，制备流程复杂冗长、材料利用率低，而且ITO本身脆弱易折，不能满足柔性电子器件任意弯折的应用需求。经过大量的努力，发展出可能取代ITO的多种材料，如碳纳米管、石墨烯、金属纳米线、金属网络和导电聚合物等等。然而，碳纳米管或石墨烯电极具备优良的透光性和导电性，但其变形能力一般，尤其是拉伸变形能力。金属纳米线或金属网格电极具备优异的导电性和一定的透光性，可其变形能力和力学稳定性有待提高。导电聚合物薄膜电极具备较好的变形能力，但透光性能、导电性和化学稳定性一般。显然单一材料组成的电极难以兼具大变形能力、力学稳定性、优异的透光性和高导电性等特性，因此研究人员寄希望于复合材料电极。Cui等将碳纳米管和银纳米线分别沉积在纳米纤维纸上制备了高柔性透光电极，但其力学稳定性有待研究。Servati等采用真空溅射法在聚丙烯腈(PAN)纳米纤维表面沉积一层金纳米颗粒获得了纳米纤维膜透光电极，其具备质轻和大变形能力、良好的导电性和不错的透光性。可见，基于纳米纤维膜的电极为质轻、柔性、透光电极提供了思路。

目前，光电器件，如太阳能电池、光电探测器等，在太阳光驱动下工作运行。然而，太阳光中的紫外光往往腐蚀光电器件的光活性层，限制光电器件的工作效率和稳定性。如果将紫外光能转换成可见光，不仅能阻挡紫外光对光活性的腐蚀，还能提高光活性层的光吸收，从而提高器件的稳定性和效率。因此，如何获得光转换(将紫外光转换成可见光)、低电阻、高透光率、高柔性的电极，并实现简单快速大面积低成本的制备成为该领域前沿研究的重点之一。

发明内容

基于现有透光电极中存在的上述不足，本发明提供一种光转换功能的柔性纳米纤维膜透光电极及其制备方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种光转换功能的柔性纳米纤维膜透光电极，包括聚合物纳米纤维膜，聚合物纳米纤维膜中的纳米纤维内嵌稀土纳米颗粒，聚合物纳米纤维膜的表面负载金属纳米颗粒。

作为优选方案，所述聚合物纳米纤维膜的聚合物为聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚苯乙烯中的一种或多种。

作为优选方案，所述稀土纳米颗粒为铕、铽、镱、铥、钐或镝掺杂的三氧化二钇、三氧化二镧、三氧化二钆、钼酸锶、钒酸钇或铝酸锶中的一种或多种。

作为优选方案，所述金属纳米颗粒为金、银、铜、镍、铂金属中的一种或多种。

本发明还提供如上任一方案所述的柔性纳米纤维膜透光电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚合物、稀土纳米颗粒加入溶剂中，经过搅拌、超声获得纺丝液；

(2)将纺丝液进行静电纺丝，得到稀土纳米颗粒/聚合物纳米纤维膜；

(3)在稀土纳米颗粒/聚合物纳米纤维膜的表面沉积金属纳米颗粒。

作为优选方案，所述步骤(1)中，聚合物与溶剂的质量比为8～25：100，稀土纳米颗粒与聚合物的质量比为10～60：100。