CN108597884A - 一种利用导电金属胶带结合电化学解吸附制备立体彩色敏化薄膜的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用导电金属胶带结合电化学解吸附制备立体彩色敏化薄膜的方法，方法为：（1）在导电玻璃上制备纳米多孔半导体薄膜；（2）将薄膜浸泡在染料1中吸附至饱和；（3）利用导电金属胶带在敏化膜上形成局部导电或者局部绝缘区域，构建三电极***进行染料解吸附；（4）利用胶带隔离薄膜上的敏化区域和空白区域，浸泡另一种染料2；（5）重复步骤（3）、（4）得到立体彩色薄膜。本发明优势在于:解决平面单色薄膜功能单一的局限性；利用导电金属胶带结合电化学进行解吸附，使在空间上的空白区域的位置和图案可控；利用化学性质稳定的胶带进行敏化和空白区域的隔离，使制备得到的立体彩色敏化薄膜图案清晰，染料之间互不污染。
Description
技术领域
本发明属于电化学和纳米材料的交叉领域，主要涉及一种利用导电金属胶带结合电化学解吸附制备立体彩色敏化薄膜的方法。
背景技术
1991年Grätzel教授研制出的染料敏化太阳能电池，自问世以来，以其新颖的结构以及独特的光电转换模式，越来越受广大关注。染料敏化太阳能电池主要由导电玻璃、纳米多孔半导体薄膜、染料、电解质和铂对电极构成，形成一种“三明治”的结构模式。其中光电转化的关键部位在于厚度只有15 μm左右的纳米多孔半导体薄膜上，当其上吸附满染料后就组成电池的重要部件。所以提高膜上染料的吸光度成为提高电池效率的主要措施之一。传统的制备方法中，因为技术的限制，使得同时吸附的染料单一且被动。众所周知，一种染料吸收的光谱区间是有限的，所以如果在膜上制备多种染料，那么电池同时吸收的光谱范围就扩大了，从而提高了电池效率，这就使得如何制备多色、图案可控的薄膜成为热门研究。
立体彩色敏化薄膜不仅仅于提高电池效率上作用巨大，在美观上也具有一定优势。另外，如果可以有一种方法能将膜的正反面制备出不同图案以及不同的颜色，那么这种立体彩色敏化薄膜的作用将不再局限于制备染料敏化太阳能电池，有望在装饰品、家居、Logo等工艺上发挥其作用。
制备立体彩色薄膜的难点在于薄膜仅有10-15微米左右，如何控制电解的力度以及位置将薄膜在空间上解吸附，然后将特定染料吸附于空间上的某一区域。染料敏化太阳能电池的敏化薄膜通常是浸泡在染料中吸附，这样一次只能同时吸附一种染料，导致光谱的吸收区间单一。因此，提高薄膜的光谱吸收范围仍然至关重要。而本发明提供的在空间上制备立体彩色敏化薄膜的方法，不仅可以提高敏化薄膜的利用率，还可以提高敏化太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
本发明提供一种利用导电金属胶带结合电化学解吸附制备立体彩色敏化薄膜的方法。旨在得到一种在空间上图案、颜色以及薄膜正反两面图案可控的立体彩色敏化薄膜。
本发明一种利用导电金属胶带结合电化学解吸附制备立体彩色敏化薄膜的方法，包括如下步骤：
（1）在导电玻璃上制备纳米多孔半导体薄膜；
（2）纳米多孔半导体薄膜浸泡于染料中，在25℃下吸附12h至饱和；
（3）搭建一个以敏化膜为工作电极，铂片为对电极，银丝为参比电极的三电极***进行染料的解吸附。通过改变导电金属胶带的粘贴方式、形状以及位置在敏化膜上形成局部导电或者局部绝缘区域，再根据所需脱附染料的量来控制施加电势的大小以及时间，在空间上得到一个所需的空白区域；
（4）将薄膜上的敏化区域用胶带进行隔离后，浸泡于另一种染料中，使得解吸附后的空白区域吸附上这种染料；
（5）重复步骤（3）、（4）就可以得到颜色分明、图案清晰、染料互不污染的立体彩色敏化薄膜。
所述染料有N719、N3、黑染料、Z907、Z910、Z955、K8、K19、K51、K73、HRS-1钌吡啶类配合物，锇吡啶类配合物，部花青、卟啉金属类配合物、二氢吲哚衍生物、香豆素衍生物有机染料，每种染料单独溶解在乙腈或乙醇中，浓度为1.0×10-3 -5.0×10-4 M，构成一种染料溶液。
与现有的制备染料敏化薄膜的技术相比，本发明优势在于:（1）解决平面单色膜用处单一的局限性，且彩色的立体膜更具观赏性；（2）电解吸附时利用导电金属胶带，可控制所需空白区域的位置和形状；（3）浸泡染料时利用胶带隔离，可控制染料精确地吸附在空白区域上，使几种染料敏化区域互不污染；（4）不仅可以在平面上制备2个颜色以上的彩色薄膜，还可以在空间上制备多种颜色、多种图案的立体彩色敏化薄膜；（5）制备得的彩色膜在正反面可以制成不同图案，以作用于不同场合。
附图说明
图1为立体彩色敏化薄膜上的染料分布图。
具体实施方式
如图1所示，在导电玻璃上制备一层厚度为15左右的纳米二氧化钛薄膜。将空白膜室温下浸泡吸附染料1 12h至饱和，取出后用乙醇冲洗去浮色，通风处吹干。将铜胶带剪成“C”形粘贴在敏化薄膜上，形成一个形为“C”的局部绝缘区域。搭建一个以敏化膜为工作电极，铂片为对电极，银丝为参比电极的三电极体系，电解液为0.3M的乙腈溶液。在导电玻璃上施加-1.0V的电压8分钟，轻轻撕去铜胶带，于乙醇中浸泡5min后再用乙醇冲洗，通风处吹干。就得到一块中间为字母“C”，其余区域为空白的敏化薄膜。用胶带封住敏化区域，将敏化区域和空白区域隔离，浸泡在染料2中吸附30min，撕去胶带后乙醇冲洗，通风处吹干。便得到一块在平面上为双色，且具有图案“C”的彩色敏化薄膜。继续剪出一块比敏化薄膜大的方形铜胶带，将其不粘的一面覆盖并固定在薄膜上，然后在铜胶带上扎均匀细密的小孔，注意铜胶带不能接触导电玻璃的导电面（可以用胶带将敏化膜四周的导电玻璃封上，隔离铜胶带和导电面）。这样就在薄膜表面形成了一块方形局部导电带。搭建上述三电极体系（工作电极的电极夹要夹在的导电铜胶带上，使得薄膜表面有电流经过），施加-0.7V的电压5min，撕去铜胶带，于乙醇中浸泡5min后再用乙醇冲洗，通风处吹干。再将表面解吸附的敏化薄膜浸泡在染料3中10min，乙醇冲洗，通风处吹干。重复上述步骤，分别粘贴形为“B”、“A”的铜胶带进行染料解吸附，浸泡在染料4、5、6中进行吸附。最终得到一块在空间上具有6中颜色，3中图案，正反面图案不一样的立体彩色敏化薄膜。
Claims (3)
1.一种利用导电金属胶带结合电化学解吸附的方法制备立体彩色敏化薄膜的方法；其特征是方法为：
（1）在导电玻璃上制备纳米多孔半导体薄膜；
（2）纳米多孔半导体薄膜浸泡于染料中，在25℃下吸附12h至饱和；
（3）搭建一个以敏化膜为工作电极，铂片为对电极，银丝为参比电极的三电极***进行染料的解吸附;通过改变导电金属胶带的粘贴方式、形状以及位置在敏化膜上形成局部导电或者局部绝缘区域，再根据所需脱附染料的量来控制施加电势的大小以及时间，在空间上得到一个所需的空白区域；
（4）将薄膜上的敏化区域用胶带进行隔离后，浸泡于另一种染料中，使得解吸附后的空白区域吸附上这种染料；
（5）重复步骤（3）、（4）就可以得到颜色分明、图案清晰、染料互不污染的立体彩色敏化薄膜。
2.根据权利1所述的利用导电金属胶带结合电化学解吸附制备立体彩色薄膜的方法，其特征是选用具有良好导电性、粘性的金属胶带进行解吸附；选用遇有机溶液不易脱落、不留胶的胶带进行敏化区域与空白区域的隔离。
3.根据权利1所述的利用导电金属胶带结合电化学解吸附制备立体彩色薄膜的方法，其特征是所述染料有N719、N3、黑染料、Z907、Z910、Z955、K8、K19、K51、K73、HRS-1钌吡啶类配合物，锇吡啶类配合物，部花青、卟啉金属类配合物、二氢吲哚衍生物、香豆素衍生物有机染料，每种染料单独溶解在乙腈或乙醇中，浓度为1.0×10-3 -5.0×10-4 M，构成一种染料溶液。
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