[發明專利]一種石墨烯太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201610063891.4
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105513812B
• 公開（公告）日: 2018-06-22
• 發明（設計）人: 白德旭
• 申請（專利權）人: 白德旭
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種石墨烯太陽能電池，所述石墨烯太陽能電池的光陽極包括第一電極層(302)、納米晶膜以及設置在納米晶膜表面的染料層(301)，其特征在于，所述納米晶膜是由石墨烯層(102)包覆的半導體納米線芯(101)組成的復合薄膜，所述納米線芯(101)水平設置在預置有(002)織構的所述第一電極層(302)表面，通過沉積掩模(500)在所述納米線芯(101)外層沉積形成所述石墨烯層(102)。本發明的石墨烯太陽電池中石墨烯是與太陽光線入射方向平行的方向設置在電極層上，從而減少了石墨烯層對太陽光線的吸收，增加了染料敏化劑中激活電子的數量和電子的傳導效率，從而增加的太陽能電池的光效率。

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，尤其涉及一種石墨烯太陽能電池及其制備方法。

背景技術

1991年瑞士洛桑高等理工學院教授首次報道了染料敏化太陽能電池的研究工作，這種電池具有廉價、高效、制作工藝要求低、壽命長的優點，為低成本太陽電池的研制開辟了新途徑，成為近年來太陽能電池領域的研究熱點。

染料敏化太陽能電池由光陽極、電解質和陰極組成，其中光陽極是由形成于電極層上的半導體納米晶膜與其表面吸附的光敏染料組成。染料敏化太陽能電池的工作原理為：當染料分子吸收太陽光時，其電子躍遷至激發態，由于激發態不穩定，染料分子與半導體發生相互作用，電子迅速轉移至較低能級的半導體導帶，而空穴則留在染料中，電子隨后擴散至電極層經外電路產生光電流；同時，處于氧化態的染料分子被電解質還原，被氧化的電解質在陰極接受電子還原成基態，從而完成電子的整個傳輸過程。

目前染料敏化太陽能電池的光電能量轉換效率已突破11.0％，但是要大規模商業化應用，該轉換效率還需進一步提高。限制染料敏化太陽能電池光電能量轉換效率的因素有很多，其中光生電子在半導體納米晶膜中傳輸時與電解質的復合是最主要的因素。

另外，由于染料敏化太陽能電池在投入實際使用時需要提供更大的輸出電壓，因此已經嘗試將多個染料敏化太陽能電池連接成一個染料敏化太陽能電池模塊。用于形成染料敏化太陽能電池模塊的方法包括制造單個染料敏化太陽能電池，然后利用接線將單個染料敏化太陽能電池連接成染料敏化太陽能電池模塊。然而，在該方法中需要使用接線連接每個單個染料敏化太陽能電池，因此該存在制造工藝復雜的問題。

另一方面，目前針對染料敏化太陽能電池，傳統使用的基底材料為玻璃基底。但是近幾年，在需要染料敏化電池具有彈性的情況下已經開始采用彈性基底作為基底材料。然而，當具有彈性的基底用于染料敏化太陽能電池模塊的基底材料時，單個染料敏化太陽能電池是通過金屬漿料連接，容易發生基底彎曲時基底位置產生差異的問題，相鄰染料敏化太陽能電池的電極層之間的距離容易產生變化。因此，造成金屬漿料與電極層之間分開，導致連接失敗的問題。

發明內容

針對現有技術之不足，本發明提供了一種石墨烯太陽能電池及其制備方法。本發明的石墨烯太陽能電池通過將在預置有(002)織構的電極層表面設置水平在所述電極層上定向排列的半導體納米線芯，通過沉積掩模在納米線芯外層沉積石墨烯層，然后使用氧化石墨烯修飾在金屬電極層的半導體納米線之間的空間中，形成所述石墨烯與電極層豎直垂直的結構，并且，所述石墨烯形成在所述半導體納米線的外層。從而使得石墨烯層盡可能減少對太陽光的吸收，并且通過石墨烯與半導體納米線的復合，增加了太陽光激活電子的傳輸效率。另外本發明還提供了一種石墨烯太陽能電池模塊，通過采用具有彈性的樹脂基底對多個太陽能電池進行連接，能夠減少太陽能電池電極層由于在使用過程中產生的錯位問題。

本發明提供了一種石墨烯太陽能電池，所述石墨烯太陽能電池的光陽極包括第一電極層、納米晶膜以及設置在納米晶膜表面的染料層，所述納米晶膜是由石墨烯層包覆的半導體納米線芯組成的復合薄膜，所述納米線芯水平設置在預置有(002)織構的所述第一電極層表面，通過沉積掩模在所述納米線芯外層沉積形成所述石墨烯層。