[實用新型]一種使用石墨烯透明電極的太陽能電池

有效

• 申請號: 201520465661.1
• 申請日: 2015-07-01
• 公開（公告）號: CN205028928U
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 秦校軍;趙志國;王一丹;鄔俊波
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司;中國華能集團公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賈玉健

技術領域

本實用新型為新型薄膜太陽能電池器件的設計和制備技術領域，具體涉及一種使用石墨烯透明電極的太陽能電池，是石墨烯薄膜在鈣鈦礦型太陽電池結構中作為透明電極層的結構設計及應用。

背景技術

隨著化石能源的日益枯竭和其使用所帶來的高昂的環境成本，可再生清潔能源的開發和利用受到廣泛的關注。太陽能光伏發電技術和產品在全球范圍內得到了高速增長，成為最具潛力的清潔能源。近年來發現的鈣鈦礦型太陽能電池由于高轉換效率、低成本、環境友善、可撓式產品化等優點備受關注。

透明電極是鈣鈦礦型太陽能電池結構中的關鍵部分之一，起到將太陽電池產生的光電流傳導到外電路的作用。透明電極需要具有以下特性：高導電性、高透光率以及產業化需要的柔性(可撓性)；此外，在大規模生產的要求下，還需要具有低成本、易合成、適合大規模制備等特點。目前常用的透明電極為FTO(摻氟氧化錫)、ITO(氧化銦錫)、AZO(摻鋁氧化鋅)等，這類金屬氧化物半導體類的透明電極除了具備90％左右較高透光率的優勢之外，其導電性、可撓性均較差；此外其生產大多需要使用磁控濺射、原子沉積、激光沉積、化學氣相沉積、分子束外延等高耗能的制備方法和相應設備，成本高，制備條件苛刻。因此亟需一種可以代替其的新型透明電極材料。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種使用石墨烯透明電極的太陽能電池，使用石墨烯及石墨烯衍生物材料作為鈣鈦礦型太陽電池的透明電極層的電池結構替代原結構中的透明電極，其導電性、透光率及可撓性大大優于前述的半導體金屬氧化物。

為了達到上述目的，本實用新型的技術方案為：

一種使用石墨烯透明電極的太陽能電池，包括石墨烯透明電極102以及與石墨烯透明電極102間隔開的金屬對電極層112，在石墨烯透明電極102和金屬對電極層之間設置有鈣鈦礦活性層108，在石墨烯透明電極102和鈣鈦礦活性層108之間設置有材料層，金屬對電極層112和鈣鈦礦活性層108之間設置有材料層，所述的材料層包括空穴傳輸層和或半導體致密層和或電子傳輸層。

本實用新型所提供的太陽電池包括石墨烯透明電極即第一電極、與所述第一電極間隔開的金屬對電極層、以及在所述第一電極和金屬對電極層之間設置的至少一層鈣鈦礦活性層及其他電子、空穴傳輸層。本實用新型具有高導電性、高透光率以及產業化需要的可撓性；此外，在大規模生產的要求下，還需要具有低成本、易合成、適合大規模制備等特點。

附圖說明

圖1為鈣鈦礦型太陽電池器件實施例一的示意圖。

圖2為鈣鈦礦型太陽電池器件實施例二的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。

實施例一

參照圖1，一種使用石墨烯透明電極的太陽能電池，包括石墨烯透明電極102以及與石墨烯透明電極102間隔開的金屬對電極層112，在石墨烯透明電極102和金屬對電極層之間設置有鈣鈦礦活性層108，在石墨烯透明電極102和鈣鈦礦活性層108之間設置有材料層104和106，材料層104為半導體致密層104，材料層106為電子傳輸層，金屬對電極層112和鈣鈦礦活性層108之間設置有材料層110，材料層110為空穴傳輸層。

1、石墨烯透明電極層102：該薄膜可以采用化學氣相沉積法、機械剝離法、外延生長法、固相熱解法、溶液氧化石墨法以及聚合反應合成法等方法進行制備。特別的，采用溶液氧化石墨方法并經過還原制備的經還原的氧化石墨烯特別易于大規模、低成本地進行合成，同時利用卷對卷制備技術，如狹縫涂布、刮刀涂布、絲網印刷、凹版印刷、噴墨涂布、噴墨印刷等進行大規模生產。厚度可以為1-100nm；該層另一特點為柔性，大大改善了傳統半導體金屬氧化物透明電極的易碎性。

2、材料層104是在石墨烯透明電極上形成的與鈣鈦礦活性層材料能級匹配的半導體致密層104(通常為二氧化鈦或氧化鋅)，厚度為20-150nm。

3、電子傳輸層106，通常為介孔二氧化鈦，使用溶膠凝膠法制備介觀粒子溶膠后，退火燒結制備。也可以使用富勒烯類電子傳輸層材料代替。厚度為100-2000nm