[發明專利]石墨烯電子傳輸層太陽電池及其制備方法

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• 申請號: 201811290305.5
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109509838A
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 檀滿林;田勇;付曉宇
• 申請（專利權）人: 深圳清華大學研究院
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/46;H01L51/42
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司 44311
• 代理人: 曾昭毅;鄭海威

一種石墨烯電子傳輸層太陽電池的制備方法，包括如下步驟：制備并剝離氧化石墨得到氧化石墨烯；使用氨基酸對氧化石墨烯進行修飾得到氨基酸修飾的氧化石墨烯；提供導電基板，并對所述導電基板進行清洗；將至少包含所述氨基酸修飾的氧化石墨烯的材料涂布于所述導電基板表面制作電子傳輸層；以及，在所述電子傳輸層遠離所述導電基板表面依次設置活性層及電極層。本發明還提供由一種石墨烯電子傳輸層太陽電池，所述太陽電池的電子傳輸層中包含有氨基酸修飾的氧化石墨烯材料，介于活性層及負極之間的氨基酸修飾的氧化石墨烯可提高電子轉移速率。

技術領域

發明涉及電池領域，尤其涉及石墨烯電子傳輸層太陽電池及其制備方法。

背景技術

太陽電池領域的發展分為傳統的太陽電池和新概念的太陽電池。傳統太陽電池主要為硅太陽電池，因為硅是一種半導體材料，吸收太陽光后會產生一定的光伏效應。

氧化石墨烯(GO)是石墨烯常見的一種衍生物。因為邊緣有著大量的含氧官能團，如羧基、羥基、環氧基等，使得氧化石墨烯在水、乙醇等溶劑里分散性較好。石墨烯或者氧化石墨烯在太陽電池上是較有前景的下一代透明導電薄膜，其可作為電子傳輸層。然而，氧化石墨烯的功函數大約為5.3eV，石墨烯的功函數大約為4.7eV，它們不能與大多數的活性材料的分子能級匹配，這導致了其作為電子傳輸層的太陽電池的電子傳輸速率較低。

發明內容

本發明提供一種石墨烯電子傳輸層太陽電池的制備方法，包括如下步驟：

制備并剝離氧化石墨得到氧化石墨烯；

使用氨基酸對氧化石墨烯進行修飾得到氨基酸修飾的氧化石墨烯；

提供一導電基板，并對所述導電基板進行清洗；

將至少包含所述氨基酸修飾的氧化石墨烯的材料涂布于所述導電基板表面制作電子傳輸層；以及

在所述電子傳輸層遠離所述導電基板表面依次設置活性層及電極層。

于一實施例中，還包括如下步驟：

將氨基酸修飾的氧化石墨烯與3，4-乙烯二氧噻吩單體的聚合物及聚對苯乙烯磺酸鈉混合制成電子傳輸層涂料。

于一實施例中，所電子傳輸層包含氨基酸修飾的氧化石墨烯、3，4-乙烯二氧噻吩單體的聚合物以及聚對苯乙烯磺酸鈉。

于一實施例中，所述氨基酸為丙氨酸、賴氨酸、絲氨酸、谷氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、精氨酸或酪氨酸中的至少一種。

于一實施例中，制備并剝離氧化石墨得到氧化石墨烯的步驟包括：

將石墨和無水硝酸鈉加入硫酸溶液中，向石墨、無水硝酸鈉以及濃硫酸的混合物中加入高錳酸鉀并依次分別置于三個不同溫度的水浴環境中使其反應并得到一混合物；

對所述混合物進行至少3次離心處理，取離心后的所述混合物的中層物質并干燥獲得氧化石墨；

對所述氧化石墨進行機械剝離獲得氧化石墨烯。

于一實施例中，所述三個不同溫度的水浴環境的溫度范圍分別為0至5℃、20至40℃以及50至100℃。

于一實施例中，使用氨基酸對氧化石墨烯進行修飾得到氨基酸修飾的氧化石墨烯的步驟包括：

將氧化石墨烯、氫氧化鈉、氯乙酸鈉混合并在水浴環境下超聲處理得到羧基化的氧化石墨烯；

將羧基化的氧化石墨烯、亞硫酰氯以及二甲基甲酰胺混合加熱處理得到酰氯化的氧化石墨烯；

去除酰氯化的氧化石墨烯中過量的亞硫酰氯，向酰氯化的氧化石墨烯中加入無水二甲基甲酰胺和氨基酸并加熱得到氨基酸修飾的氧化石墨烯。