[發明專利]一種石墨烯太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201811193859.3
• 申請日: 2018-10-01
• 公開（公告）號: CN109273605A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 李美霞;解秀亮;王光碩
• 申請（專利權）人: 河北工程大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48;H01L51/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種石墨烯太陽能電池及其制備方法，所述的石墨烯太陽能電池，自下而上包括：基底(1)、石墨烯陰極(2)、陰極修飾層(3)、鈣鈦礦化合物層(4)、陽極修飾層(5)、石墨烯陽極(6)，所述陰極修飾層(3)采用分散旋涂法得到ZnO，再經由石墨烯修飾制備而成，所述石墨烯陽極(6)采用三層薄膜結構，包括PEDOT：PSS第一陽極層(601)、Cu納米顆粒第二陽極層(602)和石墨烯第三陽極層(603)。本發明制備的電池采用新型的陰極修飾層和陽極結構，有利于提高電池的導電性和穩定性。

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，更具體地說是涉及一種石墨烯太陽能電池及其制備方法。

背景技術

太陽能是一種新型綠色能源，以太陽能電池為核心的光伏產業直接將太陽能轉化成電能，是目前人類可以利用的最清潔的能源之一。對太陽能電池的開發越來越收到學界和產業界的關注。

鈣鈦礦太陽能電池是一種以有機-無機鹵化物鈣鈦礦為光吸收材料的新型太陽能電池，一般由透明電極、電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層和金屬背電極組成。其具有易于制作、成本低、效率高等優點，目前最高轉換效率已經達到22％以上，與銅銦鎵硒CIGS、碲化鎘CdTe和多晶硅等太陽能電池的最高效率相當，而遠高于染料敏化和有機太陽能電池的最高效率，是一種應用前景廣闊的太陽能電池。

如今透明導電電極材料主要是氧化銦錫ITO，然而這種材料價格昂貴，韌性較差。在太陽能領域具有廣泛應用前景的石墨烯作為透光性良好、環境友好，且電性能優異的導體材料，具有高遷移率、高透光率、高電導率，而且較低的載流子濃度使反射率低，較容易穿過更大波長范圍的光，相比ITO透明導電材料，可透過大部分紅外線。因此，石墨烯成為太陽能電池透明導電電極新的替代材料，其用做透明導電電極主要有兩個優勢：一是石墨烯在電池中既可以做陽極，又可以做陰極；二是石墨烯的機械強度很好，可應用于柔性器件。

TiO₂與鈣鈦礦層材料的能級相匹配，TiO₂致密層常被應用于鈣鈦礦型太陽能電池中。而ZnO具有高的電子遷移率，是鈣鈦礦太陽能電池中的一種常用電子傳輸材料。相比TiO₂，ZnO具有更高的電子遷移率(205～300cm₂·V^-1·s^-1)。ZnO制備工藝簡單，適合制備FTO、ITO等硬性基底的鈣鈦礦型太陽能電池，并且ZnO無需500℃以上的燒結，尤其適于制備PET、PEN等柔性基底的鈣鈦礦型太陽能電池。

因此，結合上述問題，生產制備出一種光電性能優異、成本低廉、工藝簡單的太陽能電池是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種石墨烯太陽能電池的制備方法，該方法制備的石墨烯太陽能電池透光率高、界面穩定性好、光電性能優異。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

作為本發明的一個方面，提供了一種石墨烯太陽能電池，自下而上包括：基底(1)、石墨烯陰極(2)、陰極修飾層(3)、鈣鈦礦化合物層(4)、陽極修飾層(5)、石墨烯陽極(6)，其特征在于：

所述陰極修飾層(3)采用分散旋涂法得到ZnO，再經由石墨烯修飾制備而成；

所述石墨烯陽極(6)采用三層薄膜結構，包括PEDOT：PSS第一陽極層(601)、Cu納米顆粒第二陽極層(602)和石墨烯第三陽極層(603)。

優選的，所述的基底為硬性透明基底或軟性透明基底中的一種。

優選的，所述的硬性透明基底包括但不限于FTO、ITO。

優選的，所述的柔性透明基底包括但不限于PET、PEN。

優選的，所述的石墨烯陰極為石墨烯或改性石墨烯的一種，石墨烯陰極的厚度為20-50nm。