CN113122889B - 一种太阳能电池用银-聚苯胺复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池用银‑聚苯胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)以硝酸银溶液作为电解液，取两个Pt网分别作为阳极和阴极，电化学沉积，得到沉积有Ag的Pt网；(2)将去离子水加入到硫酸中，配成硫酸溶液，再加入苯胺，搅拌均匀后恢复至室温，得到苯胺硫酸溶液；(3)以步骤(1)中沉积有Ag的Pt网作为阳极，以Pt作为阴极，以苯胺硫酸溶液作为电解液，继续进而二次沉积，即得到目的产物。与现有技术相比，本发明通过电化学沉积法在太阳能电池常用微米级银粉的表面附着一层PANI导电薄膜，以提高电子在复合材料中的传输，降低复合材料的阻抗，提高导电性。

Description

一种太阳能电池用银-聚苯胺复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，涉及一种太阳能电池用银-聚苯胺复合材料的制备方法。
背景技术
银粉是太阳能电池正极浆料的重要组成部分，只有符合特定条件的银粉配置的导电浆料才具备良好的丝网印刷性能，经过烧结后才形成具备有较高方阻和细栅线的正面银电极。一般用于太阳能电池正极银浆料的银粉需具有形貌规整、粒度分布窄、微米级或亚微米级、分散性好、振实密度大等特点。同时为避免银粒子聚集需要加入一定量的分散剂，这在一定程度上降低了银的导电性。
聚苯胺(PANI)作为导电聚合物大家族中关键的一员，具有良好的导电性、耐腐蚀性能以及环境稳定性，由于制备方法简单，材料便宜等优点而备受关注，而且聚苯胺材料具有很高的理论比容量，使其在锂离子电池、超级电容器、电化学传感器和储氢等领域都有突出表现。专利CN111554521A报道了一种石墨烯/聚苯胺柔性薄膜电极材料的制备方法，具体操作是将PANI聚合在还原处理的石墨烯柔性薄膜上。专利CN110761077A报道了一种导电聚苯胺@芳纶纳米纤维复合薄膜材料的制备方法，主要应用于电极材料领域，具体操作是采用原位聚合的方法在纳米纤维基体上聚合PANI导电薄膜。
以上专利所提到的方法主要是在一种复合材料表面合成PANI导电薄膜，运用的聚合方法都是原位聚合法，但上述方案都存在氧化剂过量的情况，这些过量的氧化剂并没有完成自组装过程，而是处于游离的状态，游离的氧化剂会诱导苯胺单体发生聚合反应，产生游离的PANI。这些游离的PANI会在基体的表面堆积，会对PANI导电薄膜的稳定性以及薄膜表面的光滑性产生影响。
发明内容
本发明的目的就是为了提供一种太阳能电池用银-聚苯胺复合材料的制备方法，以在太阳能电池常用微米级银粉的表面附着一层PANI导电薄膜，以提高电子在复合材料中的传输，降低复合材料的阻抗，提高导电性。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种太阳能电池用银-聚苯胺复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)以硝酸银溶液作为电解液，取两个Pt网分别作为阳极和阴极，电化学沉积，得到沉积有Ag的Pt网；
(2)将DI(即去离子水)加入到硫酸中，配成硫酸溶液，再加入苯胺，搅拌均匀后恢复至室温，得到苯胺硫酸溶液；
(3)以步骤(1)中沉积有Ag的Pt网作为阳极，以Pt作为阴极，以苯胺硫酸溶液作为电解液，继续进而二次沉积，即得到目的产物。
进一步的，步骤(1)中，所述的硝酸银溶液的浓度为1.5-2.5g/L。
更进一步的，步骤(1)中，所述的硝酸银溶液的浓度为1.928g/L。
进一步的，步骤(1)中，电化学沉积过程的电压为4-6V，沉积时间为1-3h。
更进一步的，步骤(1)中，电化学沉积过程的电压为5V，沉积时间为2h。
进一步的，步骤(2)中，所配置的硫酸溶液的浓度为2-4mol/L，苯胺与硫酸溶液的添加量至比为1-3:60。
更进一步的，步骤(2)中，所配置的硫酸溶液的浓度为3mol/L。
进一步的，步骤(3)中，二次沉积的电压为1.5-2V，沉积时间为0.5-1.5min。
进一步的，步骤(3)中，二次沉积的电压为1.8V，沉积时间为1min。
进一步的，步骤(1)和步骤(3)均在搅拌条件下完成。
与现有技术相比，本发明使用一定浓度的硫酸溶液作为酸性电解液，并加入一定量的苯胺，接通电源时，就会有PANI薄膜附着在Ag的表面，并连接Ag微粒，提高整体的材料的导电能力。
附图说明
图1为实施例1与纯Ag样品阻抗对比图；
图2为实施例2与纯Ag样品阻抗对比图；
图3为实施例3与纯Ag样品阻抗对比图；
图4电化学沉积法合成Ag的SEM图像；
图5电化学沉积法合成Ag-PAN的SEM图像。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下各实施例中，如无特别说明的原料或处理技术，则表明均为本领域的常规市售产品或常规处理技术。
实施例1
PANI包覆基体Ag的复合材料的制备
1)取500mL烧杯，将0.0482g的硝酸银溶入250mL的去离子水中，搅拌均匀，配置成250mL电化学合成Ag所得的电解液。
2)将配置好的电解液放在恒温磁力搅拌器上，两Pt网电极分别作为外接直流电源的正、负极，连接好设备，在5V电压下电化学沉积反应2h，会在阴极的Pt网上产生Ag，将电极取下，用去离子水冲洗并干燥。
3)取9.8mL的实验室用硫酸，加入50.2mL的DI(即去离子水)配置成60mL3mol/L的硫酸溶液，再加入1mL苯胺搅拌均匀并恢复至室温，作为电化学合成PANI的电解液。
4)将配置好的电解液放在恒温磁力搅拌器上，以步骤(2)制得的附着Ag的Pt网作为阳极，以Pt作为阴极，连接好设备，在1.5V电压下电化学合成1min，白色的Ag表面会被黑色的PANI覆盖，反应结束后，用去离子水冲洗并干燥即可。
本实施例中采用了两个Pt网电极，在电化学合成Ag时，阴极的Pt网电极表面合成并附着了Ag，另一个Pt网电极作为辅助电极没有任何变化。在第二阶段合成PAN时，有Ag附着的Pt网电极作为阳极工作电极，没有Ag附着的Pt网电极作为阴极辅助电极。另外，反应完成后，复合材料采用常规刮削方式即可以从Pt网上实现分离。
实施例2
1)取500mL烧杯，将0.0482g的硝酸银溶入250mL的去离子水中，搅拌均匀，配置成250mL电化学合成Ag所得的电解液。
2)将配置好的电解液放在恒温磁力搅拌器上，两Pt网电极分别作为外接直流电源的正、负极，连接好设备，在5V电压下电化学沉积反应2h，会在阴极的Pt网上产生Ag，将电极取下，用蒸馏水冲洗并干燥。
3)取9.8mL的实验室用硫酸，加入50.2mL的DI配置成60mL 3mol/L的硫酸溶液，再加入2mL苯胺搅拌均匀并恢复至室温，作为电化学合成PANI的电解液。
4)将配置好的电解液放在恒温磁力搅拌器上，附着Ag的Pt网作为阳极，以Pt作为阴极，连接好设备，在1.8V电压下电化学合成1min，白色的Ag表面会被黑色的PANI覆盖，反应结束后，用去离子水冲洗并干燥即可。
实施例3
1)取500mL烧杯，将0.0482g的硝酸银溶入250mL的去离子水中，搅拌均匀，配置成250mL电化学合成Ag所得的电解液。
2)将配置好的电解液放在恒温磁力搅拌器上，两Pt网电极分别作为外接直流电源的正、负极，连接好设备，在5V电压下电化学沉积反应2h，会在阴极的Pt网上产生Ag，将电极取下，用蒸馏水冲洗并干燥。
3)取9.8mL的实验室用硫酸，加入50.2mL的DI配置成60mL 3mol/L的硫酸溶液，再加入3mL苯胺搅拌均匀并恢复至室温，作为电化学合成PANI的电解液。
4)将配置好的电解液放在恒温磁力搅拌器上，附着Ag的Pt网作为阳极，连接好设备，在2.0V电压下电化学合成1min，白色的Ag表面会被黑色的PANI覆盖，反应结束后，用去离子水冲洗并干燥即可。
对实施例1～3的材料进行表征和测试。图4和图5分别为实施例2中得到的Ag与Ag-PAN的SEM图像，从图中可以看出，银粒子的尺寸在1-5μm，呈“枝状排布”；包覆PANI后的复合材料也成“枝状”排布，但复合材料的表面相较于纯Ag材料更加光滑平整，堆叠更加紧密，可以有效增强电子在材料中的传输能力。PANI薄膜成黑绿色，可以明显发现复合材料表面的颜色比纯Ag材料表面的颜色要暗，可以有效证明PANI的存在。
本发明的产品可用于太阳能电池中，本发明通过实验获得了本发明制备得到的PANI包覆的银粉以及普通的不含PANI的银粉的电化学阻抗图。如图1所示，在较低电压以及较少苯胺条件下合成的Ag-PANI复合材料具有较小的半圆环，但减小的程度并不明显。如图2所示，适当增大电压和苯胺含量条件下合成的复合材料，其电化学阻抗的半圆环明显小于纯Ag材料。如图3所示，进一步扩大电压以及苯胺含量时，得到实施例3的阻抗半圆环与实施例2的阻抗半圆环相差不大。表明PANI的存在可以降低Ag的阻抗，这对于电子的传输是非常有利的，同时也表明实施例2的条件为合成Ag-PANI复合材料的最佳实验条件，表明本发明的产品具有优良的电化学性能。
另外，为了获取较佳的反应环境，本发明还分别选用了与实施例2相同浓度的柠檬酸溶液、草酸溶液以及抗坏血酸溶液等弱酸作为酸性环境(酸性对照组)，发现，此时酸性对照组中苯胺无法合成PAN。此外，当硫酸溶液的浓度改为1mol/L，其余实验条件不变时，苯胺也不会合成PAN。当硫酸溶液浓度改为5mol/L，其余实验条件不变时，由于硫酸浓度过大，导致短时间内合成大量的PAN并覆盖在Ag的表面，使得PAN的量远远超过Ag的量，从而导致复合材料的阻抗急剧增大，导电性能大幅下降。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种太阳能电池用银-聚苯胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以硝酸银溶液作为电解液，取两个Pt网分别作为阳极和阴极，电化学沉积，得到沉积有Ag的Pt网；
(2)将去离子水加入到硫酸中，配成硫酸溶液，再加入苯胺，搅拌均匀后恢复至室温，得到苯胺硫酸溶液；
(3)以步骤(1)中沉积有Ag的Pt网作为阳极，以Pt作为阴极，以苯胺硫酸溶液作为电解液，继续进而二次沉积，即得到目的产物；
步骤(1)中，所述的硝酸银溶液的浓度为1.928g/L；
步骤(1)中，电化学沉积过程的电压为5V，沉积时间为2h；
步骤(2)中，所配置的硫酸溶液的浓度为3mol/L，苯胺与硫酸溶液的添加量至比为1-3:60；
步骤(3)中，二次沉积的电压为1.8V，沉积时间为1min；
步骤(1)和步骤(3)均在搅拌条件下完成。
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