CN113410339A - 一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备及其应用 - Google Patents
一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113410339A CN113410339A CN202110681143.3A CN202110681143A CN113410339A CN 113410339 A CN113410339 A CN 113410339A CN 202110681143 A CN202110681143 A CN 202110681143A CN 113410339 A CN113410339 A CN 113410339A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano
- conductive film
- copper conductive
- copper
- pet substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 133
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 132
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 104
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 71
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 133
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 90
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 32
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 26
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims description 26
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 23
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 23
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 20
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 19
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 19
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 18
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 15
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 claims description 11
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 11
- CUJRVFIICFDLGR-UHFFFAOYSA-N acetylacetonate Chemical compound CC(=O)[CH-]C(C)=O CUJRVFIICFDLGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 9
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 9
- QGLWBTPVKHMVHM-KTKRTIGZSA-N (z)-octadec-9-en-1-amine Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCCN QGLWBTPVKHMVHM-KTKRTIGZSA-N 0.000 claims description 8
- 229910021592 Copper(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L copper(II) chloride Chemical compound Cl[Cu]Cl ORTQZVOHEJQUHG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 8
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 6
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 4
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 11
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 15
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 13
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 7
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002042 Silver nanowire Substances 0.000 description 2
- KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Se].[Se].[In] Chemical compound [Cu].[Se].[Se].[In] KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- HVMJUDPAXRRVQO-UHFFFAOYSA-N copper indium Chemical compound [Cu].[In] HVMJUDPAXRRVQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- ZZEMEJKDTZOXOI-UHFFFAOYSA-N digallium;selenium(2-) Chemical compound [Ga+3].[Ga+3].[Se-2].[Se-2].[Se-2] ZZEMEJKDTZOXOI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001338 self-assembly Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022466—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers
- H01L31/022491—Electrodes made of transparent conductive layers, e.g. TCO, ITO layers composed of a thin transparent metal layer, e.g. gold
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B5/00—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form
- H01B5/14—Non-insulated conductors or conductive bodies characterised by their form comprising conductive layers or films on insulating-supports
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1884—Manufacture of transparent electrodes, e.g. TCO, ITO
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Non-Insulated Conductors (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备及其应用,涉及太阳能电池技术领域,包括纳米铜线分散液的制备、基板的微孔加工、基板的清洗、纳米铜导电薄膜的制备、CuCl壳层的形成和高温处理步骤。本发明制备纳米铜导电薄膜的加工工艺简单,原材料成本低、利用率高,纳米铜导电薄膜的表面非常平整,透明度和导电性高,电阻率低,与基板的附着力强,耐刻蚀、加工性能良好,耐磨性和化学稳定性好,并且纳米铜导电薄膜的耐曲折好,在弯折的情况下不易断裂。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域,尤其涉及一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备及其应用。
背景技术
步入21世纪以来,太阳能电池的发展不断加速,其原理基于“光伏效应”,即光入射在具备光电转换效用的半导体材料上,产生光生载流子,从而发电。由于晶体硅原材料成本的原因,加上技术上的突破,尽管其光电转换效率比较低,薄膜太阳能电池还是逐渐成为新的焦点。目前常见的薄膜太阳能电池主要包括硅基薄膜太阳能电池、铜铟硒(Copperindium diselenide,CIS)电池、和铜铟镓硒(Copper indium diselenide CIGS)电池和砷化镓(Gallium arsenide,GaAs) 电池等。薄膜太阳能电池一般较薄,具有较大的横向电阻,和传统单晶硅电池不同,不宜使用金属栅极收集光生载流子,而必须增大电极的接触面积;同时,用于制备面电极的材料还需要兼备良好的导电性和可见光区域的高透过性。而透明导电氧化物薄膜(transparent conductive oxide films),简称TCO,由于本身的透明性和导电性,迅速发展成为重要的功能薄膜材料,因此TCO薄膜成为薄膜太阳能电池透明电极首选,而透明电极作为太阳能电池的关键组成部分,直接影响光电转换效率。
目前应用最广泛的透明导电薄膜当属氧化锡铟In203(简称ITO)透明导电薄膜。ITO薄膜的可见光透过率大于90%,均匀性很好,制备的薄膜表面非常平整,电阻率低、与玻璃的附着力较强、耐刻蚀、加工性能良好、耐磨性和化学稳定性好。但是,一方面,In是一种价格昂贵的稀有金属,成本高,市场需求量大,制备ITO薄膜过程需要在真空环境下进行,因此需要购买昂贵的真空沉积设备,并且在设备上需要花费很高的维护经费,因此,从长远来看,不利于人类的可持续发展;另一方面,贵金属氧化物在弯折的情况下容易断裂;此外,在真空沉积制备ITO透明导电薄膜的过程中只有很少的一部分ITO靶材被溅射到基板上,其他大多数ITO靶材都被溅射到室壁上,从而极大地造成原材料的浪费。
发明内容
鉴于此,本发明的目的是提供一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备及其应用,以降低透明导电薄膜的成本,提高原材料利用率,减少资源的浪费,并提高透明导电薄膜的综合性能。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题:
一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备,包括以下步骤:
S1、纳米铜线分散液的制备:取纳米铜线,按1:40的质量体积比分散在己烷中,得到纳米铜线己烷溶液。
S2、基板的微孔加工:将PET基板浸入去离子水中,利用纳秒激光器进行激光钻孔。通过纳秒激光器在PET基板表面形成微孔,可以增大纳米铜导电薄膜在 PET基板上的附着力,能够防止纳米铜导电薄膜脱落、分层等不良现象,提高薄膜太阳能电池的透明电极的安全性、稳定性、耐久性。
S3、基板的清洗:将经激光钻孔的PET基板先现浸入去离子水中超声波清洗20min,再浸入无水乙醇中超声波清洗20min,然后浸入异丙醇中超声波清洗 20min,以彻底去除PET基板表面的油污和杂质。
S4、纳米铜导电薄膜的制备:将清洗干净的PET基板干燥后,通过旋涂法将 S1中得到的纳米铜线己烷溶液旋涂在PET基板上,形成纳米铜导电薄膜,并通过控制旋涂的次数来控制纳米铜导电薄膜的厚度;纳米铜线的导电性能和透光性能是非常优异的,同时具有良好的催化性。并且,铜在自然界的储存量是非常大的,成本低廉,具有很大的应用前景。
S5、CuCl壳层的形成:取氯化铁溶解于去离子水中制备浓度为0.007~ 0.14mmol/L的氯化铁稀溶液,将纳米铜导电薄膜浸泡在氯化铁稀溶液中30min,然后用去离子水洗涤。将纳米铜导电薄膜浸泡浸泡在氯化铁稀溶液中,其表面逐渐由分散的纳米铜线颗粒演化为一层完整的厚度为2~3nm厚的CuCl壳层,CuCl 壳能够提高纳米铜导电薄膜的耐候性,防止纳米铜线被氧化和腐蚀,能够保证纳米铜导电薄膜的导电性,同时CuCl壳层对纳米铜导电薄膜的光电性能没有影响。
S6、高温处理:将经S5处理的纳米铜导电薄膜烘干后,加热至400℃,并保持1h,冷却至室温即可。在CuCl壳层的保护下进行高温退火,一方面能够清除银纳米线表面的有机物,另一方面银纳米线之间能够被焊接在一起,实现热焊接以获取一个高性能的透明导电薄膜。
进一步,纳米铜线的制备方法如下:
(1)先按1:1.25的质量比分别称取CuCl2·2H2O和Ni(acac)2加入反应容器内,再按CuCl2·2H2O:油胺为10:1的质量体积比量取油胺加入反应容器;
(2)将反应容器内持续通入氮气,在80℃加热条件下持续搅拌;搅拌和加热可以促进CuCl2·2H2O和Ni(acac)2的充分的溶解;
(3)待CuCl2·2H2O和Ni(acac)2完全溶解后,关闭搅拌,升温到165℃,在氮气保护下反应4h;
(4)关闭加热,停止反应,待反应物溶液冷却至室温后,在7000r/min转速下进行离心分离10min,并用乙醇和己烷溶液进行多次交替进行洗涤,以确保充分洗去杂质,然后将离心后的纳米铜线分散在己烷中保存即可。
在油胺溶液中,在高温下,Ni2+被油胺还原成Ni,Ni能与Cu2+发生置换反应, Cu2+被还原成Cu,而Ni被氧化为Ni2+;被还原的Cu作为生长纳米铜线的晶种,逐渐生长成纳米铜颗粒;由于油胺和Cl-选择性吸附在铜颗粒晶体的晶面上,从而降低了晶面的能量;在整体能量最低的原则下,纳米铜颗粒之间通过表面能较高的晶面连接起来,导致纳米铜线表面能较高的晶面和表面能较低的晶面优先暴露在外面,纳米铜线的生长方向为表面能较低的晶面。通过这种自组装生长方式,从而形成了长径比较高,分散性较好的纳米铜线。纳米铜线生长机理如附图2所示:
进一步,S1中所述的纳米铜线直径为20nm,长度为15~40μm,长径比为 1000。
进一步,S2中所述的激光钻孔的条件为:激光脉宽为10ns、波长为1064nm、功率为6~8W、重复频率为20kHz,PET基板距离水面的高度为15~25mm。此条件下加工的微孔的孔径均在90~120μm,孔深均在27~34μm之间,孔间距均在90~100μm。
进一步,S3中所述的超声波清洗过程中,超声波功率为30~40KW,超声波频率为15~25KHz。
进一步,S4中所述的旋涂法制膜参数为:慢转600r/min、时间为6s,快转 4000r/min、时间为30s。
进一步,S6中所述的烘干的条件为:温度70~80℃,干燥5~15min。
进一步,所述高稳定性纳米铜导电薄膜用于薄膜太阳能电池的透明电极。
本发明的有益效果:本发明制备纳米铜导电薄膜的加工工艺简单,原材料成本低、利用率高,纳米铜导电薄膜的表面非常平整,透明度和导电性高,电阻率低,与基板的附着力强,耐刻蚀、加工性能良好,耐磨性和化学稳定性好,并且纳米铜导电薄膜的耐曲折好,在弯折的情况下不易断裂。
附图说明
图1是本发明纳米铜线的扫描电子显微镜(SEM)图像;
图2是纳米铜线生长机理示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明进行详细说明:
实施例一、纳米铜线的制备
(1)先分别200mgCuCl2·2H2O和250mgNi(acac)2加入反应容器内,再量取20mL油胺加入反应容器;
(2)将反应容器内持续通入氮气,在80℃加热条件下持续搅拌;搅拌和加热可以促进CuCl2·2H2O和Ni(acac)2的充分的溶解;
(3)待CuCl2·2H2O和Ni(acac)2完全溶解后,关闭搅拌,升温到165℃,在氮气保护下反应4h;
(4)关闭加热,停止反应,待反应物溶液冷却至室温后,在7000r/min转速下进行离心分离10min,并用乙醇和己烷溶液进行多次交替进行洗涤,以确保充分洗去杂质,即得到纳米铜线,如图1所示,然后将离心后的纳米铜线分散在己烷中保存即可。
实施例二、纳米铜导电薄膜的制备1
S1、纳米铜线分散液的制备:取直径为20nm、长度为15μm、长径比为1000 纳米铜线100g,分散在4L己烷中,得到纳米铜线己烷溶液。
S2、基板的微孔加工:将PET基板浸入去离子水中,利用纳秒激光器进行激光钻孔,其中激光的脉宽为10ns、波长为1064nm、功率为6W、重复频率为20kHz, PET基板距离水面的高度为15mm。
S3、基板的清洗:将经激光钻孔的PET基板先现浸入去离子水中超声波清洗20min,再浸入无水乙醇中超声波清洗20min,然后浸入异丙醇中超声波清洗 20min,以彻底去除PET基板表面的油污和杂质,其中,超声波功率为30KW,超声波频率为15KHz。
S4、纳米铜导电薄膜的制备:将清洗干净的PET基板干燥后,通过旋涂法将 S1中得到的纳米铜线己烷溶液旋涂在PET基板上,形成纳米铜导电薄膜,并通过控制旋涂的次数来控制纳米铜导电薄膜的厚度;其中旋涂法制膜参数为:慢转 600r/min、时间为6s,快转4000r/min、时间为30s。
S5、CuCl壳层的形成:取氯化铁溶解于去离子水中制备浓度为0.007mmol/L 的氯化铁稀溶液,将纳米铜导电薄膜浸泡在氯化铁稀溶液中30min,使纳米铜导电薄膜表面逐渐由分散的纳米铜线颗粒演化为一层完整的厚度为2nm厚的CuCl 壳层,然后用去离子水洗涤。
S6、高温处理:将经S5处理的纳米铜导电薄膜于70℃烘干5min后,加热至400℃,并保持1h,冷却至室温即可。
实施例三纳米铜导电薄膜的制备2
S1、纳米铜线分散液的制备:取直径为20nm、长度为15μm、长径比为1000 纳米铜线100g,分散在4L己烷中,得到纳米铜线己烷溶液。
S2、基板的微孔加工:将PET基板浸入去离子水中,利用纳秒激光器进行激光钻孔,其中激光的脉宽为10ns、波长为1064nm、功率为7W、重复频率为20kHz, PET基板距离水面的高度为20mm。
S3、基板的清洗:将经激光钻孔的PET基板先现浸入去离子水中超声波清洗20min,再浸入无水乙醇中超声波清洗20min,然后浸入异丙醇中超声波清洗 20min,以彻底去除PET基板表面的油污和杂质,其中,超声波功率为35KW,超声波频率为20KHz。
S4、纳米铜导电薄膜的制备:将清洗干净的PET基板干燥后,通过旋涂法将 S1中得到的纳米铜线己烷溶液旋涂在PET基板上,形成纳米铜导电薄膜,并通过控制旋涂的次数来控制纳米铜导电薄膜的厚度;其中旋涂法制膜参数为:慢转 600r/min、时间为6s,快转4000r/min、时间为30s。
S5、CuCl壳层的形成:取氯化铁溶解于去离子水中制备浓度为0.10mmol/L 的氯化铁稀溶液,将纳米铜导电薄膜浸泡在氯化铁稀溶液中30min,使纳米铜导电薄膜表面逐渐由分散的纳米铜线颗粒演化为一层完整的厚度为2.5nm厚的 CuCl壳层,然后用去离子水洗涤。
S6、高温处理:将经S5处理的纳米铜导电薄膜于75℃烘干10min后,加热至400℃,并保持1h,冷却至室温即可。
实施例四、纳米铜导电薄膜的制备3
S1、纳米铜线分散液的制备:取直径为20nm、长度为15μm、长径比为1000 纳米铜线100g,分散在4L己烷中,得到纳米铜线己烷溶液。
S2、基板的微孔加工:将PET基板浸入去离子水中,利用纳秒激光器进行激光钻孔,其中激光的脉宽为10ns、波长为1064nm、功率为8W、重复频率为20kHz, PET基板距离水面的高度为25mm。
S3、基板的清洗:将经激光钻孔的PET基板先现浸入去离子水中超声波清洗20min,再浸入无水乙醇中超声波清洗20min,然后浸入异丙醇中超声波清洗 20min,以彻底去除PET基板表面的油污和杂质,其中,超声波功率为40KW,超声波频率为25KHz。
S4、纳米铜导电薄膜的制备:将清洗干净的PET基板干燥后,通过旋涂法将 S1中得到的纳米铜线己烷溶液旋涂在PET基板上,形成纳米铜导电薄膜,并通过控制旋涂的次数来控制纳米铜导电薄膜的厚度;其中旋涂法制膜参数为:慢转 600r/min、时间为6s,快转4000r/min、时间为30s。
S5、CuCl壳层的形成:取氯化铁溶解于去离子水中制备浓度为0.14mmol/L 的氯化铁稀溶液,将纳米铜导电薄膜浸泡在氯化铁稀溶液中30min,使纳米铜导电薄膜表面逐渐由分散的纳米铜线颗粒演化为一层完整的厚度为3nm厚的CuCl 壳层,然后用去离子水洗涤。
S6、高温处理:将经S5处理的纳米铜导电薄膜于80℃烘干15min后,加热至400℃,并保持1h,冷却至室温即可。
对比例一、纳米铜导电薄膜的制备4
S1、纳米铜线分散液的制备:取直径为20nm、长度为15μm、长径比为1000 纳米铜线100g,分散在4L己烷中,得到纳米铜线己烷溶液。
S2、基板的清洗:将PET基板先现浸入去离子水中超声波清洗20min,再浸入无水乙醇中超声波清洗20min,然后浸入异丙醇中超声波清洗20min,以彻底去除PET基板表面的油污和杂质,其中,超声波功率为35KW,超声波频率为20KHz。
S3、纳米铜导电薄膜的制备:将清洗干净的PET基板干燥后,通过旋涂法将 S1中得到的纳米铜线己烷溶液旋涂在PET基板上,形成纳米铜导电薄膜,并通过控制旋涂的次数来控制纳米铜导电薄膜的厚度;其中旋涂法制膜参数为:慢转 600r/min、时间为6s,快转4000r/min、时间为30s。
S4、高温处理:将经S3处理的纳米铜导电薄膜于75℃烘干10min后,加热至400℃,并保持1h,冷却至室温即可。
对比例二、纳米铜导电薄膜的制备5
S1、纳米铜线分散液的制备:取直径为20nm、长度为15μm、长径比为1000 纳米铜线100g,分散在4L己烷中,得到纳米铜线己烷溶液。
S2、基板的清洗:将PET基板先现浸入去离子水中超声波清洗20min,再浸入无水乙醇中超声波清洗20min,然后浸入异丙醇中超声波清洗20min,以彻底去除PET基板表面的油污和杂质,其中,超声波功率为35KW,超声波频率为20KHz。
S3、纳米铜导电薄膜的制备:将清洗干净的PET基板干燥后,通过旋涂法将 S1中得到的纳米铜线己烷溶液旋涂在PET基板上,形成纳米铜导电薄膜,并通过控制旋涂的次数来控制纳米铜导电薄膜的厚度;其中旋涂法制膜参数为:慢转 600r/min、时间为6s,快转4000r/min、时间为30s。
S4、CuCl壳层的形成:取氯化铁溶解于去离子水中制备浓度为0.10mmol/L 的氯化铁稀溶液,将纳米铜导电薄膜浸泡在氯化铁稀溶液中30min,使纳米铜导电薄膜表面逐渐由分散的纳米铜线颗粒演化为一层完整的厚度为2.5nm厚的 CuCl壳层,然后用去离子水洗涤。
S5、高温处理:将经S4处理的纳米铜导电薄膜于75℃烘干10min后,加热至400℃,并保持1h,冷却至室温即可。
对比例三、纳米铜导电薄膜的制备6
S1、纳米铜线分散液的制备:取直径为20nm、长度为15μm、长径比为1000 纳米铜线100g,分散在4L己烷中,得到纳米铜线己烷溶液。
S2、基板的微孔加工:将PET基板浸入去离子水中,利用纳秒激光器进行激光钻孔,其中激光的脉宽为10ns、波长为1064nm、功率为7W、重复频率为20kHz, PET基板距离水面的高度为20mm。
S3、基板的清洗:将经激光钻孔的PET基板先现浸入去离子水中超声波清洗20min,再浸入无水乙醇中超声波清洗20min,然后浸入异丙醇中超声波清洗 20min,以彻底去除PET基板表面的油污和杂质,其中,超声波功率为35KW,超声波频率为20KHz。
S4、纳米铜导电薄膜的制备:将清洗干净的PET基板干燥后,通过旋涂法将 S1中得到的纳米铜线己烷溶液旋涂在PET基板上,形成纳米铜导电薄膜,并通过控制旋涂的次数来控制纳米铜导电薄膜的厚度;其中旋涂法制膜参数为:慢转 600r/min、时间为6s,快转4000r/min、时间为30s。
S6、高温处理:将纳米铜导电薄膜于75℃烘干10min后,加热至400℃,并保持1h,冷却至室温即可。
试验一
以实施例二至实施例四为实验组、对比例一至对比例三为对照组分别制备纳米铜导电薄膜,采用多功能四探针测试仪分别检测实验组和对照组纳米铜导电薄膜的方阻(Ω/□),采用紫外-可见-近红外分光光度计分别检测实验组和对照组纳米铜导电薄膜的透光度,测试结果如表1所示:
表1
由表1数据可知,按实验组和对照组制备的纳米铜导电薄膜的透光度均在80%以上,且方阻均在40Ω/□以下。由此可见本发明制备纳米铜导电薄膜具有优秀的光电性能,且对照组的数据与实验组的数据对比可知,在PET基板上钻取微孔和在纳米铜导电薄膜上形成CuCl壳层对纳米铜导电薄膜的透光度和方阻的影响均非常小。
试验二
以实施例二至实施例四为实验组、对比例一至对比例三为对照组分别制备纳米铜导电薄膜,将制备得到的纳米铜导电薄膜放置在温度15~30℃、湿度25~ 30%的环境下8Od,每10d采用多功能四探针测试仪分别检测一次实验组和对照组纳米铜导电薄膜的方阻(Ω/□),采用紫外-可见-近红外分光光度计分别检测一次实验组和对照组纳米铜导电薄膜的透光度,测试结果如表2所示:
表2
由表2数据可知,按实验组实施例二至实施例四、以及对照组对比例二制备的纳米铜导电薄膜,在温度15~30℃、湿度25~30%的环境下放置8O天后,方阻增长均在2Ω/□以内,透光度下降均在2%以内;而对比例一和对比例三在温度15~30℃、湿度25~30%的环境下放置8O天后,方阻增长均在5Ω/□左右,透光度下降均在6%左右,由于对比例一和对比例三的纳米铜导电薄膜表面没有形成CuCl壳层,表面的纳米铜线被氧化生成氧化铜,导致电阻增加,透光性下降。由此可见,在纳米铜导电薄膜上形成一层完整的厚度为2~3nm厚的CuCl壳层,能够防止纳米铜线被氧化和腐蚀,能够保证纳米铜导电薄膜的导电性,增强了纳米铜导电薄膜的耐候性。
试验三
以实施例二至实施例四为实验组、对比例一至对比例三为对照组分别制备纳米铜导电薄膜,分别检测纳米铜导电薄膜厚度(μm)、单位时间膜层磨损量 (mg/min)、铅笔硬度、以及膜层附着力(N),测试结果如表3所示:
表3
由表3数据可知,按实验组和对照组制备的纳米铜导电薄膜的厚度均在15~ 20μm之间,保证了薄膜层弯折性和光电性能;按实验组实施例二至实施例四、以及对照组对比例二制备的纳米铜导电薄膜,因纳米铜导电薄膜表面形成CuCl 壳层,因此薄膜的单位时间膜层磨损量均在0.002mg/min以下,而铅笔硬度达到 3H,由于对比例一和对比例三的纳米铜导电薄膜表面没有形成CuCl壳层,薄膜的单位时间膜层磨损量均在00.1mg/min左右,而铅笔硬度仅为H。由此可见,在纳米铜导电薄膜上形成一层完整的厚度为2~3nm厚的CuCl壳层,能够增强纳米铜导电薄膜的硬度和耐磨性。
按实验组实施例二至实施例四、以及对照组对比例三制备的纳米铜导电薄膜,因在在PET基板上钻取微孔,因此通过智能电子拉力试验机测得膜层在PET 基板上的附着力均达到40N左右,而对比例一和对比例二没有在PET基板上钻取微孔,膜层在PET基板上的附着力均在20N以下。由此可见,在PET基板表面形成微孔,可以增大纳米铜导电薄膜在PET基板上的附着力,能够防止纳米铜导电薄膜脱落、分层等不良现象,提高薄膜太阳能电池的透明电极的安全性、稳定性、耐久性。
试验四
以实施例二至实施例四为实验组、对比例一至对比例三为对照组分别制备纳米铜导电薄膜,分别将各组纳米铜导电薄膜以弯曲半径为1.0cm,分别经过1000、 2000、3000、4000、5000次循环弯曲实验后,采用多功能四探针测试仪分别检测实验组和对照组纳米铜导电薄膜的方阻(Ω/□),采用紫外-可见-近红外分光光度计分别检测实验组和对照组纳米铜导电薄膜的透光度,测试结果如表4所示:
表4
由表4数据可知,按实验组实施例二至实施例四、以及对照组对比例二制备的纳米铜导电薄膜,并在纳米铜导电薄膜上形成一层CuCl壳层,在1000、2000、 3000、4000、5000次循环弯曲实验后,方阻增长均达到5Ω/□左右,透光度下降均达到5.5%左右;而对比例一和对比例三在在1000、2000、3000、4000、5000 次循环弯曲实验后,方阻增长均在2Ω/□左右,透光度下降均在2%左右,由此可见,在纳米铜导电薄膜上形成一层完整的厚度为2~3nm厚的CuCl壳层后,经过循环弯曲实验纳米铜导电薄膜的方阻增加相对较多,透光性下降将多,但整体均能满足纳米铜导电薄膜在薄膜太阳能电池的透明电极上的使用需求。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。
Claims (8)
1.一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备,其特征在于,包括以下步骤:
S1、纳米铜线分散液的制备:取纳米铜线,按1:40的质量体积比分散在己烷中,得到纳米铜线己烷溶液;
S2、基板的微孔加工:将PET基板浸入去离子水中,利用纳秒激光器进行激光钻孔;
S3、基板的清洗:将经激光钻孔的PET基板先现浸入去离子水中超声波清洗20min,再浸入无水乙醇中超声波清洗20min,然后浸入异丙醇中超声波清洗20min;
S4、纳米铜导电薄膜的制备:将清洗干净的PET基板干燥后,通过旋涂法将S1中得到的纳米铜线己烷溶液旋涂在PET基板上,形成纳米铜导电薄膜,并通过控制旋涂的次数来控制纳米铜导电薄膜的厚度;
S5、CuCl壳层的形成:取氯化铁溶解于去离子水中制备浓度为0.007~0.14mmol/L的氯化铁稀溶液,将纳米铜导电薄膜浸泡在氯化铁稀溶液中30min,然后用去离子水洗涤;
S6、高温处理:将经S5处理的纳米铜导电薄膜烘干后,加热至400℃,并保持1h,冷却至室温即可。
2.根据权利要求1所述的一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备,其特征在于,所述纳米铜线的制备方法如下:
(1)先按1:1.25的质量比分别称取CuCl2·2H2O和Ni(acac)2加入反应容器内,再按CuCl2·2H2O:油胺为10:1的质量体积比量取油胺加入反应容器;
(2)将反应容器内持续通入氮气,在80℃加热条件下持续搅拌,使CuCl2·2H2O和Ni(acac)2的充分的溶解;
(3)待CuCl2·2H2O和Ni(acac)2完全溶解后,关闭搅拌,升温到165℃,在氮气保护下反应4h;
(4)关闭加热,停止反应,待反应物溶液冷却至室温后,在7000r/min转速下进行离心分离10min,并用乙醇和己烷溶液进行多次交替进行洗涤,然后将离心后的纳米铜线分散在己烷中保存即可。
3.根据权利要求1所述的一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备,其特征在于,S1中所述的纳米铜线直径为20nm,长度为15~40μm,长径比为1000。
4.根据权利要求3所述的一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备,其特征在于,S2中所述的激光钻孔的条件为:激光脉宽为10ns、波长为1064nm、功率为6~8W、重复频率为20kHz,PET基板距离水面的高度为15~25mm。
5.根据权利要求4所述的一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备,其特征在于,S3中所述的超声波清洗过程中,超声波功率为30~40KW,超声波频率为15~25KHz。
6.根据权利要求5所述的一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备,其特征在于,S4中所述的旋涂法制膜参数为:慢转600r/min、时间为6s,快转4000r/min、时间为30s。
7.根据权利要求6所述的一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备,其特征在于,S6中所述的烘干的条件为:温度70~80℃,干燥5~15min。
8.一种如权利要求1~7任意一项所述的高稳定性纳米铜导电薄膜的应用,其特征在于,所述高稳定性纳米铜导电薄膜用于薄膜太阳能电池的透明电极。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110681143.3A CN113410339B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110681143.3A CN113410339B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备及其应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113410339A true CN113410339A (zh) | 2021-09-17 |
CN113410339B CN113410339B (zh) | 2023-08-15 |
Family
ID=77681704
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110681143.3A Active CN113410339B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备及其应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113410339B (zh) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070269924A1 (en) * | 2006-05-18 | 2007-11-22 | Basf Aktiengesellschaft | Patterning nanowires on surfaces for fabricating nanoscale electronic devices |
CN102311681A (zh) * | 2011-08-25 | 2012-01-11 | 浙江科创新材料科技有限公司 | Uv固化型银纳米线墨水及其制备方法和使用方法 |
CN107482088A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-12-15 | 西安交通大学 | 一种超柔性氮化镓基金字塔结构半导体器件及其制备方法 |
CN108161024A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-06-15 | 东北大学 | 一种线状微纳米金属铜的制备方法 |
CN108376587A (zh) * | 2018-03-07 | 2018-08-07 | 重庆文理学院 | 一种高性能稳定铜纳米线柔性透明导电薄膜的制备方法 |
CN108707997A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-10-26 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 还原氧化石墨烯包覆铜纳米线导电复合材料的制备方法 |
CN109095494A (zh) * | 2018-10-15 | 2018-12-28 | 盐城师范学院 | 一种氧化亚铜纳米线材料的制备方法 |
US20190019736A1 (en) * | 2016-03-31 | 2019-01-17 | Electro Scientific Industries, Inc. | Laser-seeding for electro-conductive plating |
CN112279290A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-01-29 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种氧化铜微米球-纳米线微纳分级结构及其制备方法 |
-
2021
- 2021-06-18 CN CN202110681143.3A patent/CN113410339B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070269924A1 (en) * | 2006-05-18 | 2007-11-22 | Basf Aktiengesellschaft | Patterning nanowires on surfaces for fabricating nanoscale electronic devices |
CN102311681A (zh) * | 2011-08-25 | 2012-01-11 | 浙江科创新材料科技有限公司 | Uv固化型银纳米线墨水及其制备方法和使用方法 |
US20190019736A1 (en) * | 2016-03-31 | 2019-01-17 | Electro Scientific Industries, Inc. | Laser-seeding for electro-conductive plating |
CN107482088A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-12-15 | 西安交通大学 | 一种超柔性氮化镓基金字塔结构半导体器件及其制备方法 |
CN108161024A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-06-15 | 东北大学 | 一种线状微纳米金属铜的制备方法 |
CN108376587A (zh) * | 2018-03-07 | 2018-08-07 | 重庆文理学院 | 一种高性能稳定铜纳米线柔性透明导电薄膜的制备方法 |
CN108707997A (zh) * | 2018-05-29 | 2018-10-26 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 还原氧化石墨烯包覆铜纳米线导电复合材料的制备方法 |
CN109095494A (zh) * | 2018-10-15 | 2018-12-28 | 盐城师范学院 | 一种氧化亚铜纳米线材料的制备方法 |
CN112279290A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-01-29 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种氧化铜微米球-纳米线微纳分级结构及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113410339B (zh) | 2023-08-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2016145860A1 (zh) | 一种具有有机骨架结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
Niu et al. | Nb2C MXenes modified SnO2 as high quality electron transfer layer for efficient and stability perovskite solar cells | |
US20120017989A1 (en) | Metal and metal oxide surface texturing | |
Aurang et al. | ZnO nanorods as antireflective coatings for industrial‐scale single‐crystalline silicon solar cells | |
CN106159040B (zh) | 一种全湿法制备柔性金属网络透明电极的方法 | |
CN105552236A (zh) | 一种钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
CN107919403B (zh) | 一种高效硒碲化镉合金纳米晶太阳电池及其制备方法 | |
CN109841740A (zh) | 一种基于氧化镍空穴传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法 | |
CN107946470A (zh) | 一种异质结太阳能电池及其制备方法 | |
CN104022224A (zh) | 可溶液加工的平面异质结钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
CN103746077A (zh) | 一种有机无机复合的太阳能电池及其制备方法 | |
CN104916785A (zh) | 一种CH3NH3PbI3薄膜太阳能电池制备方法 | |
CN105355675A (zh) | 一种高雾度复合透明导电电极的制备方法 | |
CN109768167A (zh) | 无电流迟滞的钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
CN217280794U (zh) | 一种光伏电池 | |
Banerjee et al. | Plasmon‐enhanced silicon nanowire array‐based hybrid heterojunction solar cells | |
Abdulkadir et al. | Properties of indium tin oxide on black silicon after post-deposition annealing for heterojunction solar cells | |
CN108054225A (zh) | 一种基于纳米结构薄膜电极的氧化亚铜太阳能电池及其制备方法 | |
CN107217232A (zh) | 一种提高氧化锌透明导电薄膜化学稳定性的方法 | |
You et al. | Reactive Ion etching activating TiO2 substrate for planar heterojunction Sb2S3 solar cells with 6.06% efficiency | |
CN102222575B (zh) | 染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法 | |
CN110098337A (zh) | 一种二氧化锡/氧化锌复合纳米线材料及其制备方法 | |
WO2024045595A1 (zh) | 太阳电池及其制备方法 | |
Imamura et al. | Light trapping of crystalline Si solar cells by use of nanocrystalline Si layer plus pyramidal texture | |
CN113410339B (zh) | 一种高稳定性纳米铜导电薄膜的制备及其应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |