[發(fā)明專(zhuān)利]一種石墨烯懸濁液分散系及其在薄膜太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310076014.7
• 申請(qǐng)日: 2013-03-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103311441A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卞祖強(qiáng);聶逸凡;劉志偉;彭海濤;王東;黃春輝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L51/48
• 分類(lèi)號(hào): H01L51/48;H01L51/46;H01L51/42
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 余長(zhǎng)江

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及薄膜太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，特別涉及一種提升薄膜材料載流子遷移率，進(jìn)而提升器件光電能量轉(zhuǎn)化效率的石墨烯懸濁液分散系，及其在薄膜太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

人類(lèi)社會(huì)高速發(fā)展伴隨的日益增長(zhǎng)的能源需求與人們目前依賴(lài)的化石能源的枯竭之間的矛盾是限制人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的主要問(wèn)題之一。解決能源問(wèn)題的根本途徑是開(kāi)發(fā)新的環(huán)境友好的可再生能源。太陽(yáng)能有著環(huán)境友好、取之不盡用之不竭的特點(diǎn)，是理想的新能源。據(jù)科學(xué)估算，由太陽(yáng)每年到達(dá)地球的能量為3×10²⁴焦耳，只要將其中的千分之一以10%的轉(zhuǎn)化效率轉(zhuǎn)化為電能，就可以滿(mǎn)足目前人類(lèi)的消耗需求，可見(jiàn)太陽(yáng)能應(yīng)用潛力之巨大。利用太陽(yáng)能有多種途徑，開(kāi)發(fā)低價(jià)、高效、穩(wěn)定的太陽(yáng)能電池是利用太陽(yáng)能的有效途徑之一。

太陽(yáng)能電池主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，其工作原理是利用半導(dǎo)體光電材料吸收光能后產(chǎn)生光生載流子，載流子在內(nèi)建電場(chǎng)的作用下發(fā)生定向移動(dòng)形成電流。也正是由于所用材料的半導(dǎo)體特性，許多太陽(yáng)能電池由于材料載流子遷移率低而導(dǎo)致器件性能較差。石墨烯因其具有極佳的導(dǎo)電能力，自2007年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)受到了廣泛的關(guān)注與研究，其有關(guān)工作獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯在太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用主要集中在其作為透明電極的嘗試，將石墨烯及其衍生物作為活性層添加的有關(guān)應(yīng)用目前尚不成熟。

本工作發(fā)明了一種石墨烯懸濁液分散系并將其應(yīng)用于薄膜太陽(yáng)能電池中，顯著提高了電池光電轉(zhuǎn)化效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高濃度、高純度寡層石墨烯懸濁液分散系及其制備方法，并將其用于薄膜太陽(yáng)能電池的器件制備中。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種石墨烯懸濁液分散系，是通過(guò)超聲將寡層石墨穩(wěn)定分散在有機(jī)溶劑中而得到的石墨烯懸濁液分散系。

上述寡層石墨烯懸濁液濃度在0.1mg/mL至100mg/mL，寡層石墨烯層數(shù)在1～10層，所用有機(jī)溶劑有苯及苯的衍生物、烴類(lèi)及其衍生物等常見(jiàn)溶劑，石墨來(lái)源有天然石墨、電弧法制備石墨、化學(xué)氣相沉積法制備的石墨等。

一種石墨烯懸濁液分散系的制備方法，將寡層石墨加入至有機(jī)溶劑中，超聲至寡層石墨穩(wěn)定分散。

石墨烯可用于非晶硅、微晶硅、化合物半導(dǎo)體、染料敏化太陽(yáng)能電池、有機(jī)太陽(yáng)能電池、銅銦鎵硒太陽(yáng)能電池等各類(lèi)薄膜太陽(yáng)能電池中，石墨烯用量為活性材料的1%～100%不等。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明制備溶液的照片。

圖2是本發(fā)明制備溶液的紫外-可見(jiàn)光譜。

圖3是本發(fā)明制備溶液的透射電鏡成像照片。

圖4是本發(fā)明應(yīng)用在下述實(shí)施例的器件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例中加入寡層石墨前后太陽(yáng)能電池器件的電流-電壓曲線(xiàn)對(duì)比。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的產(chǎn)品及制備方法、應(yīng)用方法做進(jìn)一步說(shuō)明，但這些具體實(shí)施方案不以任何方式限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

（一）寡層石墨溶液的制備：

將1.0g電弧法制備并純化的寡層石墨粉末用氯仿清洗后加入至1000ml芳烴或芳烴衍生物溶劑中超聲（250W、40KHz）數(shù)日后過(guò)濾，獲得黃色澄清液體，即為寡層石墨溶液。其原始濃度為約為1mg/mL。經(jīng)蒸發(fā)濃縮，溶液濃度可以達(dá)到10mg/mL并投入應(yīng)用，甚至能達(dá)到100mg/mL。其照片見(jiàn)圖1（濃度：左：約10mg/mL；右：約100mg/mL）。很明顯，濃度大的透光率顯著下降。圖2為1mg/mL寡層石墨溶液的紫外可見(jiàn)光譜，主要吸收位于紫外區(qū)，可見(jiàn)區(qū)有較弱的吸收。盡管圖1所示液體看似澄清透明，但其并非真溶液。圖3的透射電鏡照片證明溶液中分散有寡層石墨烯。

（二）太陽(yáng)能電池標(biāo)準(zhǔn)器件的制作：

本實(shí)施例的有機(jī)體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池器件所用材料包括導(dǎo)電玻璃（ITO）襯底層，空穴傳輸層為PEDOT:PSS，光電活性層為聚（3-己基噻吩）（P3HT）和[6,6]-苯基-富勒烯丁酸甲酯（PCBM）和寡層石墨（FGFs）的混合物，負(fù)極電極為鋁。器件結(jié)構(gòu)可以表示為ITO/PEDOT:PSS（30nm）/P3HT:PCBM:FGFs(5:4:x)/LiF(1nm)/Al，器件結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖4。