一種大面積柔性透明導(dǎo)電基底的制備方法
【專利摘要】一種制備大面積柔性透明導(dǎo)電基底的方法，包括如下步驟：(1)制備銀納米線分散溶液；(2)洗滌步驟(1)得到的銀納米線分散溶液，然后稀釋；(3)將步驟(2)稀釋后的銀納米線分散溶液投入狹縫噴涂設(shè)備，對(duì)基底進(jìn)行多次交叉式狹縫噴涂涂布。本發(fā)明在大面積透明柔性導(dǎo)電薄膜基底制備的過程中，通過狹縫噴涂的工藝方法，對(duì)銀納米線進(jìn)行多次交叉式涂布沉積在透明基底上，獲得具有良好的導(dǎo)電性能和優(yōu)異的透光率的大面積透明導(dǎo)電薄膜基底。
【專利說明】
一種大面積柔性透明導(dǎo)電基底的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電極基底材料領(lǐng)域，特別涉及一種多次交叉式涂布沉積制備大面積柔性透明導(dǎo)電基底的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，對(duì)于有機(jī)太陽能電池，在應(yīng)用基礎(chǔ)方面，由于其獨(dú)特的具有無毒性，可柔性，輕便性，以及制備成本低廉等一系列明顯的特征優(yōu)勢(shì)，從而得到學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界廣泛的研究。其中大面積的電池制備更是受到了更多的關(guān)注?，F(xiàn)在，在有機(jī)太陽能電池的研究中，柔性透明導(dǎo)電基底使用的絕大多數(shù)都是PET-1TO電極，即對(duì)苯二甲酸乙二醇酯上面制備沉積上數(shù)百納米厚度的ITO電極(氧化銦錫電極)。
[0003]然而，在大面積制備的過程中存在不少問題。首先，電極的內(nèi)電阻隨電池的有效面積的增大而不斷增大，從而降低整個(gè)太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，大大減少電池的壽命和使用價(jià)值。其次，氧化銦錫電極是由稀有金屬制備而成，稀有金屬在自然界中的儲(chǔ)量是及其有限，同時(shí)是不可再生資源，使得在大面積電池的制備中提高了電池的制作成本。
[0004]相對(duì)的，導(dǎo)電銀納米線(AgNWs)的制備過程工藝相對(duì)簡單，在實(shí)驗(yàn)室通過含有銀離子的鹽溶液通過化學(xué)反應(yīng)合成即可制備，成本相對(duì)低廉，且同時(shí)具有良好的電導(dǎo)性質(zhì)。因而，被學(xué)者廣泛研究用于替代ITO電極。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種多次交叉式涂布沉積制備大面積柔性透明導(dǎo)電基底的方法。本發(fā)明在大面積透明柔性導(dǎo)電薄膜基底制備的過程中，通過狹縫噴涂(slot-diecoating)的工藝方法，對(duì)銀納米線進(jìn)行多次交叉式涂布沉積在透明基底上，獲得具有良好的導(dǎo)電性能和優(yōu)異的透光率的大面積透明導(dǎo)電薄膜基底。
[0006]為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種制備大面積柔性透明導(dǎo)電基底的方法，包括如下步驟:
[0008](I)制備銀納米線分散溶液；
[0009](2)洗滌步驟(I)得到的銀納米線分散溶液，然后稀釋；
[0010](3)將步驟(2)稀釋后的銀納米線分散溶液投入狹縫噴涂設(shè)備，對(duì)基底進(jìn)行多次交叉式狹縫噴涂涂布。
[0011]通過對(duì)銀納米線進(jìn)行大面積涂布工藝的方法，在本發(fā)明中使用狹縫噴涂的工藝技術(shù)，即就是slot-die coating工藝，在透明基底上進(jìn)行多次交叉式涂布，從而獲得具有一定取向性的銀納米線微觀形貌，同時(shí)宏觀性能上又能保持高透光高電導(dǎo)的導(dǎo)電薄膜基底。本發(fā)明可以在有機(jī)光伏大面積柔性電池中作為基底電極而得到大量的應(yīng)用。
[0012]作為優(yōu)選，本發(fā)明的制備方法中，步驟(I)中所述銀納米線的直徑寬度為20-100醒，例如為25]1111、4011111、5511111、6011111、6811111、7211111、8011111、8511111、9011111、96111]1等，優(yōu)選為30-70nm，最優(yōu)選為50nm。
[0013]優(yōu)選地，所述銀納米線分散溶液的溶劑為醇類、水中的I種或2種以上的組合，優(yōu)選為甲醇、乙醇、異丙醇、水中的I種或2種以上的組合，進(jìn)一步優(yōu)選為乙醇。優(yōu)選乙醇作為溶劑的原因是比較利于溶劑揮發(fā)，并且低毒性，在常溫狀態(tài)下就可以涂布完成基底的制備。[OOM] 優(yōu)選地，所述銀納米線分散溶液的濃度為2-15mg/ml，例如為2.3mg/ml、3mg/ml、3.5mg/ml、4.6mg/ml、5.5mg/ml、6.3mg/ml、7.lmg/ml、8.5mg/ml、9.3mg/ml、10.5mg/ml、I lmg/ml、13mg/ml、14.5mg/ml等，優(yōu)選為5-10mg/ml，進(jìn)一步優(yōu)選為6mg/ml。
[0015]作為優(yōu)選，本發(fā)明的制備方法中，步驟(2)中所述洗滌使用丙酮進(jìn)行。清洗銀納米線是為了洗掉保護(hù)劑PVP(聚乙烯吡咯烷酮)以及一些多余的銀納米顆粒。
[0016]優(yōu)選地，所述洗滌為:將步驟(I)的銀納米線分散溶液加入洗滌用溶劑中，搖勻，倒出溶劑，剩下銀納米線。
[0017]優(yōu)選地，所述稀釋用的溶劑為醇類、水中的I種或2種以上的組合，優(yōu)選為甲醇、乙醇、異丙醇、水中的I種或2種以上的組合，進(jìn)一步優(yōu)選為乙醇。該步所用溶劑可與步驟(I)中所用溶劑相同或不同。
[0018]優(yōu)選地，稀釋后銀納米線分散溶液的濃度為0.1-2mg/ml，例如為0.2mg/ml、
0.35mg/ml、0.44mg/ml、0.6mg/ml、0.8mg/ml、1.lmg/ml、1.4mg/ml、1.6mg/ml、1.8mg/ml等，優(yōu)選為0.3-lmg/ml，進(jìn)一步優(yōu)選為0.5mg/ml。
[0019]作為優(yōu)選，本發(fā)明的制備方法中，步驟(3)中所述基底為PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)。
[0020]優(yōu)選地，所述基底的尺寸為小于等于200毫米X200毫米。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述涂布的次數(shù)為5-100次，例如為8次、14次、23次、35次、40次、52次、64次、80次、90次等，每隔2-20次，例如3次、6次、8次、11次、14次、16次、18次等更換涂布方向，使其達(dá)到交叉涂布的效果，優(yōu)選為10-50次，每隔5-10次更換涂布方向，進(jìn)一步優(yōu)選為20-30次，每隔5次更換涂布方向。
[0022]作為優(yōu)選，本發(fā)明的制備方法包括如下步驟:
[0023](I)用直徑寬度為50nm的銀納米線制備濃度為2-15mg/ml的銀納米線分散溶液；
[0024](2)洗滌步驟(I)得到的銀納米線分散溶液，然后稀釋為濃度為0.5mg/ml;
[0025](3)將步驟(2)稀釋后的銀納米線分散溶液投入設(shè)備，對(duì)PET基底進(jìn)行20-30次交叉式狹縫噴涂涂布，每隔5次更換涂布方向。
[0026]多次交叉狹縫涂布技術(shù)的運(yùn)用可以得到具有高透光低電阻的大面積可柔性的導(dǎo)電薄膜基底，并且本發(fā)明在不同直徑寬度的銀納米線溶液中運(yùn)用同樣具有普遍適用性，在制備出的該柔性大面積透明導(dǎo)電薄膜PET-AgNWs可以作為有機(jī)太陽能電池的基底來代替昂貴的ΡΕΤ-ΙΤ0。即作為氧化銦錫電極的替代品，在不損失透光的前提下，保證導(dǎo)電基底的導(dǎo)電性，降低了內(nèi)阻，而且還極大的節(jié)約了材料和制備的成本，使其未來對(duì)于有機(jī)太陽能電池的市場(chǎng)運(yùn)用和開發(fā)拓展了道路，具有非常巨大的市場(chǎng)價(jià)值。
【附圖說明】
[0027]圖1為原始銀納米線溶液6mg/ml原液；
[0028]圖2為加入丙酮洗滌的銀納米線溶液；
[0029]圖3為未清洗前的銀納米線溶液低倍掃描電鏡圖；
[0030]圖4為未清洗前的銀納米線溶液高倍掃描電鏡圖；
[0031 ]圖5為清洗后的銀納米線溶液高倍掃描電鏡圖；
[0032]圖6為200毫米X200毫米大小尺寸柔性PET-AgNWs透明導(dǎo)電薄膜基底；
[0033]圖7為直徑寬度50nm的銀納米線在不同交叉涂布次數(shù)下透光率測(cè)試曲線圖；
[0034]圖8為透光性能實(shí)物對(duì)比；
[0035]圖9為直徑寬度50nm銀線的電阻與透光關(guān)系曲線圖；
[0036]圖10為在PET上交叉涂布20次的直徑寬度50nm銀納米線SEM電鏡掃描圖；
[0037]圖11為在PET上交叉涂布30次的之凈寬度50nm銀納米線SEM電鏡掃描圖；
[0038]圖12為直徑寬度30nm的銀納米線的電阻和透光關(guān)系曲線圖；
[0039]圖13為直徑寬度30nm的銀納米線在不同交叉涂布次數(shù)下的透光率測(cè)試曲線圖；
[0040]圖14為直徑寬度70nm的銀納米線的電阻和透光關(guān)系曲線圖；
[0041]圖15為直徑寬度70nm的銀納米線在不同交叉涂布次數(shù)下的透光率測(cè)試曲線圖；
[0042]圖16為三種不同直徑寬度的銀納米線的電阻在不同交叉涂布次數(shù)下的曲線走勢(shì)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043]為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實(shí)施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅用于幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的具體限制。
[0044]本發(fā)明的制備方法包括如下步驟:
[0045](I)用直徑寬度為20-100nm的銀納米線制備濃度為2-15mg/ml的銀納米線分散溶液；
[0046](2)洗滌步驟(I)得到的銀納米線分散溶液，然后稀釋為濃度為0.l-2mg/ml;
[0047](3)將步驟(2)稀釋后的銀納米線分散溶液投入設(shè)備，對(duì)基底進(jìn)行5-100次交叉式狹縫噴涂涂布，每隔5次更換涂布方向。
[0048]實(shí)施例1
[0049](I)制備銀納米線分散溶液，銀納米線直徑寬度為50nm，以6mg/ml濃度可以分散在乙醇(也可以是甲醇、異丙醇等醇類溶劑或?yàn)樗?，制得的材料宏觀上沒有任何區(qū)別，微觀電鏡圖也沒有區(qū)別)中，初始銀納米線分散溶液分散均勻后如圖1所示；
[0050](2)通過移液槍準(zhǔn)確的取出一定量初始溶液，加入丙酮試劑，如圖2所示，搖勻，洗滌之后將丙酮溶劑倒出，加入乙醇稀釋配比出濃度為0.5mg/ml，清洗前后的銀納米線及其掃描電鏡SEM圖如圖3、4、5所示；
[0051 ] (3)制備柔性基底選擇PET基底，裁剪尺寸大小為200毫米X 200毫米;將清洗和稀釋過后的銀納米線分散溶液(0.5mg/ml AgNWs)投入nTact公司所生產(chǎn)的第一代Extrus1nDeposit1n System，進(jìn)行多次交叉式狹縫噴涂涂布，涂布次數(shù)10次，20次，30次，40次，50次。且每隔5次便更換涂布方向，使其達(dá)到交叉涂布的效果。完成涂布沉積后的PET-AgNWs樣品展示如圖6所示。
[0052]對(duì)不同次數(shù)交叉涂布下生產(chǎn)出的透明柔性導(dǎo)電基底PET-AgNWs進(jìn)行了所必須的重要測(cè)試-方框電阻以及透光率的測(cè)試。使用萬用表和二線電極法來進(jìn)行方塊電阻的測(cè)試，使用刀口電極測(cè)試基底電阻，通過萬用表讀取電阻讀數(shù)，待數(shù)字穩(wěn)定之后記錄下電阻數(shù)，即為方塊電阻，用紫光可見分光光度計(jì)設(shè)備來進(jìn)行PET-AgNWs的透光率測(cè)試，性能指標(biāo)和參數(shù)如圖7、8、9所示。
[0053]以上對(duì)于直徑寬度在50nm的銀納米線進(jìn)行了多次交叉狹縫涂布，得到了在最優(yōu)次數(shù)下透光率和基底電阻均可以保持在高水準(zhǔn)，且基底面積尺寸為20厘米X20厘米的大面積可柔性的透明導(dǎo)電薄膜PET-AgNWs基底。通過多次的涂布測(cè)試，最有次數(shù)在20次和30次之間均可以保持高透光和低內(nèi)阻。在微觀上亦可觀測(cè)到銀納米線依然保持著相互交叉的形貌狀態(tài)，如圖10和11所示。
[0054]同樣對(duì)直徑寬度不同的銀納米線進(jìn)行了同樣的多次交叉狹縫涂布，30nm、50nm、70nm的銀納米線在不同的交叉涂布次數(shù)依然能夠保持著高透光和低內(nèi)阻，足以說明我們的這種多次交叉涂布技術(shù)在透明柔性大面積導(dǎo)電薄膜基底上具有非常良好的普遍適用性，不同直徑寬度的銀納米線的透光和電阻之間的曲線如圖12-16所示。
[0055]
【申請(qǐng)人】聲明，本發(fā)明通過上述實(shí)施例來說明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備大面積柔性透明導(dǎo)電基底的方法，包括如下步驟: (1)制備銀納米線分散溶液； (2)洗滌步驟(I)得到的銀納米線分散溶液，然后稀釋； (3)將步驟(2)稀釋后的銀納米線分散溶液投入狹縫噴涂設(shè)備，對(duì)基底進(jìn)行多次交叉式狹縫噴涂涂布。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述銀納米線的直徑寬度為20-100nm，優(yōu)選為30_70nm，最優(yōu)選為50nm。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述銀納米線分散溶液的溶劑為醇類、水中的I種或2種以上的組合，優(yōu)選為甲醇、乙醇、異丙醇、水中的I種或2種以上的組合，進(jìn)一步優(yōu)選為乙醇。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟(I)中所述銀納米線分散溶液的濃度為2_15mg/ml，優(yōu)選為5-10mg/ml，進(jìn)一步優(yōu)選為6mg/ml。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述洗滌使用丙酮進(jìn)行； 優(yōu)選地，所述洗滌為:將步驟(I)的銀納米線分散溶液加入洗滌用溶劑中，搖勻，倒出溶劑。6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中所述稀釋用的溶劑為醇類、水中的I種或2種以上的組合，優(yōu)選為甲醇、乙醇、異丙醇、水中的I種或2種以上的組合，進(jìn)一步優(yōu)選為乙醇。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中稀釋后銀納米線分散溶液的濃度為0.l_2mg/ml，優(yōu)選為0.3-lmg/ml，進(jìn)一步優(yōu)選為0.5mg/ml。8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，中步驟(3)中所述基底為PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)； 優(yōu)選地，所述基底的尺寸為小于等于200毫米X 200毫米。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟(3)中所述涂布的次數(shù)為5-100次，每隔2-20次更換涂布方向，優(yōu)選為10-50次，每隔5-10次更換涂布方向，進(jìn)一步優(yōu)選為20-30次，每隔5次更換涂布方向。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)用直徑寬度為50nm的銀納米線制備濃度為6mg/ml的銀納米線分散溶液； (2)洗滌步驟(I)得到的銀納米線分散溶液，然后稀釋為濃度為0.5mg/ml; (3)將步驟(2)稀釋后的銀納米線分散溶液投入設(shè)備，對(duì)PET基底進(jìn)行20-30次交叉式狹縫噴涂涂布，每隔5次更換涂布方向。
【文檔編號(hào)】H01L51/42GK105957967SQ201610417350
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月14日
【發(fā)明人】魏志祥, 趙凡, 趙一凡
【申請(qǐng)人】國家納米科學(xué)中心