[发明专利]一种基于纳米结构薄膜电极的纳米发电机及制备方法

权利要求书

1.一种基于纳米结构薄膜电极的纳米发电机，它包括一柔性基板，其特征在于所述的柔性基板上自下而上依次制备有：

1）银纳米线导电薄膜层，并构成由柔性基板/银纳米线导电层薄膜层复合的底电极；

2）在所述柔性基板/银纳米线导电层薄膜层之上制备氧化锌薄膜层；

3）在所述氧化锌薄膜层之上制备氧化锌纳米柱阵列，获得柔性的氧化锌纳米柱阵列；

4）在所述氧化锌纳米柱阵列之上通过沉淀方法制备氧化亚铜薄膜层；

5）在所述氧化亚铜薄膜层上制备空穴传输层/活性层保护层；

6）在所述空穴传输层/活性层保护层上面制备金顶电极层；

7）在底电极和金顶电极层两个金属电极之间用铜线连接，通过导电浆料将铜丝焊接，采用环氧树脂封装焊接处，封装后连接至载体，即完成基于纳米结构薄膜电极的纳米发电机。

2.根据权利要求1所述的基于纳米结构薄膜电极的纳米发电机，其特征在于所述柔性基板采用聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚酰亚胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的一种作为柔性衬底；

所述银纳米线的平均长度为3-200微米，银纳米线平均直径为20-200纳米，银纳米线薄膜平均厚度是200-2000nm，银纳米线薄膜的方块电阻为20-300Ω/Sq；

所述氧化锌薄膜厚度是15-300nm，上述银纳米线/氧化锌薄膜的方块电阻低于30欧姆Ω/Sq；

所述氧化锌纳米柱高度范围在500nm-6000nm，氧化锌纳米柱直径为50-200 nm，氧化锌纳米阵列间距为50-100nm；

所述氧化亚铜薄膜层或空穴传输层/活性层保护层的厚度是10-150nm；

所述金顶电极层厚度范围为30-100nm；

所述铜线采用导电浆料焊接至电极，导电浆料包括导电硅胶，导电碳胶，导电银浆，导电浆料焊接电极后可采用100-150℃加热10-30分钟固化焊接点。

3.一种如权利要求1或2所述基于纳米结构电极的纳米发电机的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括以下步骤：

（a）清洗柔性基板：先用洗涤剂进行清洗，再采用乙醇超声清洗，最后采用去离子水超声清洗，最后用去离子水清洗，干燥后的基底保持在氮气环境中；

（b）制备银纳米线薄膜（AgNWs）：取1-10 mg/ml的银纳米线醇分散液，将柔性基板放置在旋转涂膜机之上，用旋转涂膜的方法获得银纳米线薄膜，烘干后薄膜即形成，所述银纳米线薄膜厚度是200-1000nm；

（c）制备氧化锌薄膜（AgNWs/ZnO TF）：将锌化合物，二乙醇胺和乙醇在40-100℃下混合并进行反应，陈化24h后形成氧化锌溶胶，锌的浓度为0.01-1mol/L，二乙醇胺与锌的物质的量比为1:1；将上述薄膜置在旋转涂膜机之上，用旋转涂膜的方法获得银纳米线薄膜/氧化锌薄膜，烘干后薄膜即形成，氧化锌薄膜厚度范围是10-200nm，上述银纳米线/氧化锌薄膜的方块电阻低于30欧姆Ω/Sq；

（d）制备氧化锌纳米柱（AgNWs/ZnO TF/ZnO NR）:将上述薄膜置于烧杯中，薄膜面朝下，通过水热法生长获得氧化锌纳米柱，即获得玻璃基板/银纳米线/氧化锌薄膜/氧化锌纳米柱，氧化锌纳米柱高度范围在500nm-2000nm；

（e）制备氧化亚铜薄膜（AgNWs/ZnO TF/ZnO NR/Cu2O）：首先电化学沉积氧化亚铜（Cu2O）：用蒸馏水配置浓度为0.01-0.2 mol/L的二价铜盐溶液，加入10倍铜盐浓度的乳酸，用NaOH 溶液调节PH值至12，充分搅拌上述溶液，得到电镀液，利用恒电势仪对上述薄膜在电镀液中进行电沉积，获得P型Cu₂O；

（f）制备空穴传输层/活性层保护层：将上述薄膜置在旋转涂膜机之上，用旋转涂膜的方法制备空穴传输层/活性层保护层，即P型保护层，将PEDOT：PSS溶液或 2-10 mg/ml的P3HT/氯苯溶液滴于上述薄膜之上，通过旋转涂膜形成P型保护层，成膜后采用150摄氏度加热20分钟固化P型保护层；

（g）通过丝网印刷的方法制备金属或非金属金顶电极层，成膜后采用150摄氏度加热30分钟固化电极层，固化后电极层方阻在30欧姆以下；或采用真空蒸镀或溅射等真空方法制备电极层。

4.根据权利要求3所述基于纳米结构电极的纳米发电机的制备方法，其特征在于：

所述步骤（c）中，所述锌源为醋酸锌，硝酸锌或乙酰丙酮锌中的一种或多种；

所述步骤（e）中，所述铜盐为醋酸铜，硝酸铜或硫酸铜中的一种或多种；

所述步骤（f）中，所述P型保护层为PEDOT：PSS溶液，或P3HT、PTB7聚合物受体材料，上述聚合物受体材料溶液可以选用氯苯或二氯苯中的一种；

所述步骤（g）中，所述电极采用铝浆料，银浆料，或金浆料丝网印刷制备，也可采用非金属碳浆料丝网印刷制备；所述电极采用真空蒸镀，溅射，电子束热蒸发方法制备。