CN105957967A - 一种大面积柔性透明导电基底的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种制备大面积柔性透明导电基底的方法,包括如下步骤:(1)制备银纳米线分散溶液;(2)洗涤步骤(1)得到的银纳米线分散溶液,然后稀释;(3)将步骤(2)稀释后的银纳米线分散溶液投入狭缝喷涂设备,对基底进行多次交叉式狭缝喷涂涂布。本发明在大面积透明柔性导电薄膜基底制备的过程中,通过狭缝喷涂的工艺方法,对银纳米线进行多次交叉式涂布沉积在透明基底上,获得具有良好的导电性能和优异的透光率的大面积透明导电薄膜基底。
Description
技术领域
本发明属于电极基底材料领域,特别涉及一种多次交叉式涂布沉积制备大面积柔性透明导电基底的方法。
背景技术
近年来,对于有机太阳能电池,在应用基础方面,由于其独特的具有无毒性,可柔性,轻便性,以及制备成本低廉等一系列明显的特征优势,从而得到学界和产业界广泛的研究。其中大面积的电池制备更是受到了更多的关注。现在,在有机太阳能电池的研究中,柔性透明导电基底使用的绝大多数都是PET-ITO电极,即对苯二甲酸乙二醇酯上面制备沉积上数百纳米厚度的ITO电极(氧化铟锡电极)。
然而,在大面积制备的过程中存在不少问题。首先,电极的内电阻随电池的有效面积的增大而不断增大,从而降低整个太阳能电池的光电转换效率,大大减少电池的寿命和使用价值。其次,氧化铟锡电极是由稀有金属制备而成,稀有金属在自然界中的储量是及其有限,同时是不可再生资源,使得在大面积电池的制备中提高了电池的制作成本。
相对的,导电银纳米线(AgNWs)的制备过程工艺相对简单,在实验室通过含有银离子的盐溶液通过化学反应合成即可制备,成本相对低廉,且同时具有良好的电导性质。因而,被学者广泛研究用于替代ITO电极。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多次交叉式涂布沉积制备大面积柔性透明导电 基底的方法。本发明在大面积透明柔性导电薄膜基底制备的过程中,通过狭缝喷涂(slot-die coating)的工艺方法,对银纳米线进行多次交叉式涂布沉积在透明基底上,获得具有良好的导电性能和优异的透光率的大面积透明导电薄膜基底。
为达上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种制备大面积柔性透明导电基底的方法,包括如下步骤:
(1)制备银纳米线分散溶液;
(2)洗涤步骤(1)得到的银纳米线分散溶液,然后稀释;
(3)将步骤(2)稀释后的银纳米线分散溶液投入狭缝喷涂设备,对基底进行多次交叉式狭缝喷涂涂布。
通过对银纳米线进行大面积涂布工艺的方法,在本发明中使用狭缝喷涂的工艺技术,即就是slot-die coating工艺,在透明基底上进行多次交叉式涂布,从而获得具有一定取向性的银纳米线微观形貌,同时宏观性能上又能保持高透光高电导的导电薄膜基底。本发明可以在有机光伏大面积柔性电池中作为基底电极而得到大量的应用。
作为优选,本发明的制备方法中,步骤(1)中所述银纳米线的直径宽度为20-100nm,例如为25nm、40nm、55nm、60nm、68nm、72nm、80nm、85nm、90nm、96nm等,优选为30-70nm,最优选为50nm。
优选地,所述银纳米线分散溶液的溶剂为醇类、水中的1种或2种以上的组合,优选为甲醇、乙醇、异丙醇、水中的1种或2种以上的组合,进一步优选为乙醇。优选乙醇作为溶剂的原因是比较利于溶剂挥发,并且低毒性,在常温状态下就可以涂布完成基底的制备。
优选地,所述银纳米线分散溶液的浓度为2-15mg/ml,例如为2.3mg/ml、 3mg/ml、3.5mg/ml、4.6mg/ml、5.5mg/ml、6.3mg/ml、7.1mg/ml、8.5mg/ml、9.3mg/ml、10.5mg/ml、11mg/ml、13mg/ml、14.5mg/ml等,优选为5-10mg/ml,进一步优选为6mg/ml。
作为优选,本发明的制备方法中,步骤(2)中所述洗涤使用丙酮进行。清洗银纳米线是为了洗掉保护剂PVP(聚乙烯吡咯烷酮)以及一些多余的银纳米颗粒。
优选地,所述洗涤为:将步骤(1)的银纳米线分散溶液加入洗涤用溶剂中,摇匀,倒出溶剂,剩下银纳米线。
优选地,所述稀释用的溶剂为醇类、水中的1种或2种以上的组合,优选为甲醇、乙醇、异丙醇、水中的1种或2种以上的组合,进一步优选为乙醇。该步所用溶剂可与步骤(1)中所用溶剂相同或不同。
优选地,稀释后银纳米线分散溶液的浓度为0.1-2mg/ml,例如为0.2mg/ml、0.35mg/ml、0.44mg/ml、0.6mg/ml、0.8mg/ml、1.1mg/ml、1.4mg/ml、1.6mg/ml、1.8mg/ml等,优选为0.3-1mg/ml,进一步优选为0.5mg/ml。
作为优选,本发明的制备方法中,步骤(3)中所述基底为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)。
优选地,所述基底的尺寸为小于等于200毫米×200毫米。
优选地,所述涂布的次数为5-100次,例如为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次等更换涂布方向,使其达到交叉涂布的效果,优选为10-50次,每隔5-10次更换涂布方向,进一步优选为20-30次,每隔5次更换涂布方向。
作为优选,本发明的制备方法包括如下步骤:
(1)用直径宽度为50nm的银纳米线制备浓度为2-15mg/ml的银纳米线分散溶液;
(2)洗涤步骤(1)得到的银纳米线分散溶液,然后稀释为浓度为0.5mg/ml;
(3)将步骤(2)稀释后的银纳米线分散溶液投入设备,对PET基底进行20-30次交叉式狭缝喷涂涂布,每隔5次更换涂布方向。
多次交叉狭缝涂布技术的运用可以得到具有高透光低电阻的大面积可柔性的导电薄膜基底,并且本发明在不同直径宽度的银纳米线溶液中运用同样具有普遍适用性,在制备出的该柔性大面积透明导电薄膜PET-AgNWs可以作为有机太阳能电池的基底来代替昂贵的PET-ITO。即作为氧化铟锡电极的替代品,在不损失透光的前提下,保证导电基底的导电性,降低了内阻,而且还极大的节约了材料和制备的成本,使其未来对于有机太阳能电池的市场运用和开发拓展了道路,具有非常巨大的市场价值。
附图说明
图1为原始银纳米线溶液6mg/ml原液;
图2为加入丙酮洗涤的银纳米线溶液;
图3为未清洗前的银纳米线溶液低倍扫描电镜图;
图4为未清洗前的银纳米线溶液高倍扫描电镜图;
图5为清洗后的银纳米线溶液高倍扫描电镜图;
图6为200毫米×200毫米大小尺寸柔性PET-AgNWs透明导电薄膜基底;
图7为直径宽度50nm的银纳米线在不同交叉涂布次数下透光率测试曲线图;
图8为透光性能实物对比;
图9为直径宽度50nm银线的电阻与透光关系曲线图;
图10为在PET上交叉涂布20次的直径宽度50nm银纳米线SEM电镜扫描图;
图11为在PET上交叉涂布30次的之净宽度50nm银纳米线SEM电镜扫描图;
图12为直径宽度30nm的银纳米线的电阻和透光关系曲线图;
图13为直径宽度30nm的银纳米线在不同交叉涂布次数下的透光率测试曲线图;
图14为直径宽度70nm的银纳米线的电阻和透光关系曲线图;
图15为直径宽度70nm的银纳米线在不同交叉涂布次数下的透光率测试曲线图;
图16为三种不同直径宽度的银纳米线的电阻在不同交叉涂布次数下的曲线走势图。
具体实施方式
为便于理解本发明,本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅用于帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
本发明的制备方法包括如下步骤:
(1)用直径宽度为20-100nm的银纳米线制备浓度为2-15mg/ml的银纳米线分散溶液;
(2)洗涤步骤(1)得到的银纳米线分散溶液,然后稀释为浓度为0.1-2mg/ml;
(3)将步骤(2)稀释后的银纳米线分散溶液投入设备,对基底进行5-100次交叉式狭缝喷涂涂布,每隔5次更换涂布方向。
实施例1
(1)制备银纳米线分散溶液,银纳米线直径宽度为50nm,以6mg/ml浓度可以分散在乙醇(也可以是甲醇、异丙醇等醇类溶剂或为水,制得的材料宏观上没有任何区别,微观电镜图也没有区别)中,初始银纳米线分散溶液分散均匀后如图1所示;
(2)通过移液枪准确的取出一定量初始溶液,加入丙酮试剂,如图2所示,摇匀,洗涤之后将丙酮溶剂倒出,加入乙醇稀释配比出浓度为0.5mg/ml,清洗前后的银纳米线及其扫描电镜SEM图如图3、4、5所示;
(3)制备柔性基底选择PET基底,裁剪尺寸大小为200毫米×200毫米;将清洗和稀释过后的银纳米线分散溶液(0.5mg/ml AgNWs)投入nTact公司所生产的第一代Extrusion Deposition System,进行多次交叉式狭缝喷涂涂布,涂布次数10次,20次,30次,40次,50次。且每隔5次便更换涂布方向,使其达到交叉涂布的效果。完成涂布沉积后的PET-AgNWs样品展示如图6所示。
对不同次数交叉涂布下生产出的透明柔性导电基底PET-AgNWs进行了所必须的重要测试-方框电阻以及透光率的测试。使用万用表和二线电极法来进行方块电阻的测试,使用刀口电极测试基底电阻,通过万用表读取电阻读数,待数字稳定之后记录下电阻数,即为方块电阻,用紫光可见分光光度计设备来进行PET-AgNWs的透光率测试,性能指标和参数如图7、8、9所示。
以上对于直径宽度在50nm的银纳米线进行了多次交叉狭缝涂布,得到了在最优次数下透光率和基底电阻均可以保持在高水准,且基底面积尺寸为20厘米×20厘米的大面积可柔性的透明导电薄膜PET-AgNWs基底。通过多次的涂布测试,最有次数在20次和30次之间均可以保持高透光和低内阻。在微观上亦可观测到银纳米线依然保持着相互交叉的形貌状态,如图10和11所示。
同样对直径宽度不同的银纳米线进行了同样的多次交叉狭缝涂布,30nm、50nm、70nm的银纳米线在不同的交叉涂布次数依然能够保持着高透光和低内阻,足以说明我们的这种多次交叉涂布技术在透明柔性大面积导电薄膜基底上具有非常良好的普遍适用性,不同直径宽度的银纳米线的透光和电阻之间的曲线如图12-16所示。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程,但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程,即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种制备大面积柔性透明导电基底的方法,包括如下步骤:
(1)制备银纳米线分散溶液;
(2)洗涤步骤(1)得到的银纳米线分散溶液,然后稀释;
(3)将步骤(2)稀释后的银纳米线分散溶液投入狭缝喷涂设备,对基底进行多次交叉式狭缝喷涂涂布。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述银纳米线的直径宽度为20-100nm,优选为30-70nm,最优选为50nm。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述银纳米线分散溶液的溶剂为醇类、水中的1种或2种以上的组合,优选为甲醇、乙醇、异丙醇、水中的1种或2种以上的组合,进一步优选为乙醇。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中所述银纳米线分散溶液的浓度为2-15mg/ml,优选为5-10mg/ml,进一步优选为6mg/ml。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述洗涤使用丙酮进行;
优选地,所述洗涤为:将步骤(1)的银纳米线分散溶液加入洗涤用溶剂中,摇匀,倒出溶剂。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述稀释用的溶剂为醇类、水中的1种或2种以上的组合,优选为甲醇、乙醇、异丙醇、水中的1种或2种以上的组合,进一步优选为乙醇。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中稀释后银纳米线分散溶液的浓度为0.1-2mg/ml,优选为0.3-1mg/ml,进一步优选为0.5mg/ml。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法,其特征在于,中步骤(3)中所述基底为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯);
优选地,所述基底的尺寸为小于等于200毫米×200毫米。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述涂布的次数为5-100次,每隔2-20次更换涂布方向,优选为10-50次,每隔5-10次更换涂布方向,进一步优选为20-30次,每隔5次更换涂布方向。
10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)用直径宽度为50nm的银纳米线制备浓度为6mg/ml的银纳米线分散溶液;
(2)洗涤步骤(1)得到的银纳米线分散溶液,然后稀释为浓度为0.5mg/ml;
(3)将步骤(2)稀释后的银纳米线分散溶液投入设备,对PET基底进行20-30次交叉式狭缝喷涂涂布,每隔5次更换涂布方向。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160921 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |