一种基于柔性衬底的光阳极及其制备方法技术

本发明专利技术属于太阳能电池技术领域具体涉及一种基于柔性衬底的光阳极及其制备方法。该制备方法的步骤包括：将聚丙烯腈静电纺丝后煅烧得到碳纤维，然后以FeSO

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性衬底的光阳极及其制备方法
本专利技术属于太阳能电池
具体涉及一种基于柔性衬底的光阳极及其制备方法。
技术介绍
随着物联网和可穿戴设备的迅速发展，各种各样的柔性电子器件也有了极大的发展，但是可穿戴技术仍然面临着很多困难，其中作为基础的电池技术由于功率低等原因，迟迟做不出突破更是严重的制约了其发展。现有可穿戴产品的电源普遍存在占空间大、柔性差等结构性不足的问题；采用能量收集技术，将其他能量转化成为可穿戴设备使用的电能是一种具备极佳的发展前景的方法。太阳能电池主要利用的是太阳能光伏技术，利用光生伏打效应而将太阳能转化为直流电能的技术。柔性太阳能电池是一种采用柔性材料作为基底的具有质量轻、可弯曲以及生产成本低的特性。但是和相对成熟的常规太阳能电池相比不仅对于太阳能的光伏转换效率远远不及，而且作为透明导电电极的FTO和ITO具有一定的脆性极易断裂影响其机械稳定性，从而大大限制了电池的弯曲能力。
技术实现思路
针对现有柔性太阳能电池的光伏转换效率低，弯折能力差的的技术缺陷，本专利技术提供一种基于柔性衬底的光阳极及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于柔性衬底的光阳极的制备方法，包括以下步骤：步骤一：取适量的聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中超声8-10min，然后在45-50℃的水浴下搅拌12-16h得到前驱体溶液；随后把前驱体溶液转移至注射器中，进行静电纺丝；纺丝结束后把得到的纤维膜放入75-85℃的真空烘箱中干燥24-30h；干燥后在270-280℃下预氧化1-2h，然后将产物在氮气气氛下以1000℃保温2h碳化得到碳纤维。步骤二：将步骤一制备的碳纤维浸于一定浓度的NaOH溶液中5-6min，碳纤维取出后在室温下浸于盐酸中10-12min，然后将碳纤维浸于无水乙醇中超声4-5min并在超声后用去离子水反复清洗6次；然后将碳纤维浸于150ml的去离子水中，并加入适量的FeSO4·7H2O和磷酸，搅拌50-60min后向混合溶液中缓慢的滴入LiOH·H2O溶液，滴加完成后将混合溶液转移到反应釜中以170-180℃反应10-12h，冷却至室温后过滤，并将滤得产物用去离子水反复洗涤得到磷酸亚铁锂/碳纤维。步骤三：将磷酸亚铁锂/碳纤维浸于80ml聚多巴胺溶液中5-6h，将材料取出后置于透明质酸的无水乙醇溶液中，超声60-70min，超声结束后将混合溶液刮涂在清洗过的玻璃上，放置20-25min后将带有涂膜的玻璃浸于CaCl2的无水乙醇溶液中，静置3-4h后再先后置于去离子水和无水乙醇中超声6-9min，超声结束后将样品置于55-60℃的烘箱中干燥10-12h得到光阳极衬底。步骤四：将适量SnCl4·5H2O溶于二甲基甲酰胺中，适量碳球在无水乙醇中超声20-30min，然后将SnCl4·5H2O的二甲基甲酰胺溶液缓慢的加入碳球的无水乙醇溶液中，再滴入适量去离子水并搅拌8-10min，随后将混合溶液置于反应釜中以160-170℃反应12-15h，冷却至室温后用去离子水洗涤3次并在700℃的马弗炉中煅烧2-3h得到SnO2。取适量的Ce(NO3)3·6H2O溶于去离子水中，然后在40-50℃的水浴下将Ce(NO3)2·6H2O滴入海藻酸钠溶液中，并快速搅拌至凝胶形成；随后把凝胶置于35-40℃的真空环境下干燥6-8h，干燥结束后将样品转移至马弗炉以650℃的温度煅烧2-3h得到CeO2。步骤五：将SnO2和CeO2用研钵研磨20-30min后加入去离子水中，超声30-40min得到沉积液，将基底平铺在容器后滴入沉积液静置12-14h，然后将样品取出并在80-90℃的环境下干燥后，再浸入AO7染料中24h，取出烘干后得到染料敏化光阳极。所述步骤二中碳纤维和磷酸的质量比为1:0.13-1:0.18，磷酸和FeSO4·7H2O的物质的量之比为1.1-1.3:1，磷酸和LiOH·H2O的物质的量之比为1.3:3-1.5:3。所述步骤三中聚多巴胺溶液的溶剂为Tris-HCl缓冲液，聚多巴胺在溶液中的浓度为2g/L，磷酸亚铁锂/碳纤维和透明质酸的质量比为1:1.5-1:2。所述步骤四中SnCl4·5H2O和碳球的质量比为1:2.7-1:3，去离子水的添加量为5-8ml。所述步骤五中SnO2和CeO2的质量比为3:1-4:1。优选地，所述步骤一中前驱体溶液中聚丙烯腈的浓度为0.1-0.12g/ml，静电纺织时的电压为+15kV/-3kV，前驱体溶液的推液速率为1.2mL/h，接收距离为12cm，1000℃下保温时的升温速率为7℃/min。优选地，所述步骤二中NaOH溶液的浓度均为10wt％，HCl溶液的浓度为1mol/L，LiOH·H2O溶液的浓度为0.12g/ml。优选地，所述步骤三中透明质酸溶液的浓度为0.02g/ml，CaCl2的无水乙醇溶液中的浓度为5wt％，马弗炉的升温速率均为5℃/min。优选地，所述步骤四中SnCl4·5H2O的二甲基甲酰胺溶液的浓度为0.01g/ml，滴加速度为2ml/min，Ce(NO3)3·6H2O在去离子水中的浓度为1g/ml，海藻酸钠溶液的浓度为1wt％。有益效果：(1)光阳极基于碳纤维、磷酸亚铁锂和透明质酸复合的柔性基底制得的，相较于现有技术中，具有更好的柔性和拉伸性能。(2)柔性衬底的导电性主要通过碳纤维和在碳纤维表面生长的磷酸亚铁锂实现，不易断裂；而且磷酸亚铁锂在碳纤维表面的负载可以有效提高衬底的敏感度，进而增强导电能力。(3)透明质酸的添加极大的提高了柔性衬底对于可见光的透过性，为电池的光伏转换提供了更好的条件。(4)SnO2和CeO2分别是中空形状和蜂窝状的，前者的中空形状可以提高光阳极对于染料的单位负载量，后者的掺杂则有效的提高了材料的比表面积，增强了光阳极发生光伏转换后对于电子的传输速度，抑制了电子和空穴的复合。附图说明图1为实施例1和对比例2-3的J-V曲线图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1步骤一：将聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中超声8min，然后在45℃的水浴下搅拌16h得到浓度为0.1g/ml的前驱体溶液；随后把前驱体溶液转移至注射器中，进行静电纺丝；纺丝结束后把得到的纤维膜放入75℃的真空烘箱中干燥30h；干燥后在270℃下预氧化1h，然后将产物在氮气气氛下以1000℃保温2h碳化得到碳纤维。步骤二：将步骤一制备的碳纤维浸于10wt％的NaOH溶液中6min，碳纤维取出后在室温下浸于1mol/L的盐酸中12min，然后将碳纤维浸于无水乙醇中超声5min并在超声后用去离子水反复清洗6次；然后将碳纤维浸于150ml的去离子水中，并加入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于柔性衬底的光阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：将聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中超声8-10min，然后在45-50℃的水浴下搅拌12-16h得到前驱体溶液；随后把前驱体溶液转移至注射器中，进行静电纺丝；纺丝结束后把得到的纤维膜放入75-85℃的真空烘箱中干燥24-30h；干燥后在270-280℃下预氧化1-2h，然后将产物在氮气气氛下以1000℃保温2h碳化得到碳纤维；/n步骤二：将步骤一制备的碳纤维浸于NaOH溶液中5-6min，碳纤维取出后在室温下浸于盐酸中10-12min，然后将碳纤维浸于无水乙醇中超声4-5min并在超声后用去离子水反复清洗6次；然后将碳纤维浸于150ml的去离子水中，并加入FeSO

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性衬底的光阳极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺中超声8-10min，然后在45-50℃的水浴下搅拌12-16h得到前驱体溶液；随后把前驱体溶液转移至注射器中，进行静电纺丝；纺丝结束后把得到的纤维膜放入75-85℃的真空烘箱中干燥24-30h；干燥后在270-280℃下预氧化1-2h，然后将产物在氮气气氛下以1000℃保温2h碳化得到碳纤维；
步骤二：将步骤一制备的碳纤维浸于NaOH溶液中5-6min，碳纤维取出后在室温下浸于盐酸中10-12min，然后将碳纤维浸于无水乙醇中超声4-5min并在超声后用去离子水反复清洗6次；然后将碳纤维浸于150ml的去离子水中，并加入FeSO4·7H2O和磷酸，搅拌50-60min后向混合溶液中缓慢的滴入LiOH·H2O溶液，滴加完成后将混合溶液转移到反应釜中以170-180℃反应10-12h，冷却至室温后过滤，并将滤得产物用去离子水反复洗涤得到磷酸亚铁锂/碳纤维；
步骤三：将磷酸亚铁锂/碳纤维浸于80ml聚多巴胺溶液中5-6h，将材料取出后置于透明质酸的无水乙醇溶液中，超声60-70min，超声结束后将混合溶液刮涂在清洗过的玻璃上，放置20-25min后将带有涂膜的玻璃浸于CaCl2的无水乙醇溶液中，静置3-4h后再先后置于去离子水和无水乙醇中超声6-9min，超声结束后将样品置于55-60℃的烘箱中干燥10-12h得到光阳极衬底；
步骤四：将SnCl4·5H2O溶于二甲基甲酰胺中，碳球在无水乙醇中超声20-30min，然后将SnCl4·5H2O的二甲基甲酰胺溶液缓慢的加入碳球的无水乙醇溶液中，再滴入去离子水并搅拌8-10min，随后将混合溶液置于反应釜中以160-170℃反应12-15h，冷却至室温后用去离子水洗涤3次并在700℃的马弗炉中煅烧2-3h得到SnO2；将Ce(NO3)3·6H2O溶于去离子水中，然后在40-50℃的水浴下将Ce(NO3)2·6H2O溶液滴入海藻酸钠溶液中，并快速搅拌至凝胶形成；随后把凝胶置于35-40℃的真空环境下干燥6-8h，干燥结束后将样品转移至马弗炉以650℃的温度煅烧2-3h得到CeO2；
步骤五：将SnO2和CeO2用研钵研磨20-30min后加入去离...

【专利技术属性】
技术研发人员：王从兵，
申请(专利权)人：杭州肄康新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33