[發(fā)明專利]一種Mxenes-PEDOT:PSS復合柔性電極及太陽能電池器件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010176467.7
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111463296A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設計）人: 宋嘉興;李在房;江悅;胡林;徐之光
• 申請（專利權）人: 嘉興學院
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/18;H01L31/042;H01L51/44;H01L51/00
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 戚正云

本發(fā)明涉及太陽能電池技術領域，尤其是一種Mxenes?PEDOT:PSS復合柔性電極，由Mxenes?PEDOT:PSS復合材料采用溶液旋涂、刮涂、絲網(wǎng)印刷、噴墨打印、薄膜轉(zhuǎn)印中的一種制備。一種太陽能電池器件，包括由下至上層疊設置的基底、底電極、活性層、頂電極，其中底電極或頂電極兩者中的其中之一采用Mxenes?PEDOT:PSS復合柔性電極。本發(fā)明技術方案：通過將Mxenes材料（二維過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物）和PEDOT:PSS材料復合的手段或方案，達到了形成新型的太陽能電池的柔性電極的效果。

技術領域

本發(fā)明涉及太陽能電池技術領域，尤其是一種Mxenes-PEDOT:PSS復合柔性電極及太陽能電池器件。

背景技術

隨著全球氣候日益惡化，不可再生能源的持續(xù)消耗，人們對清潔可再生能源的利用迫在眉睫。太陽能是一種綠色的可再生能源，因其清潔、儲量大、分布廣泛等優(yōu)點備受關注。在其應用中，將太陽能轉(zhuǎn)換成電能的太陽能電池成為各國科學界研究的熱點和產(chǎn)業(yè)界開發(fā)的重點。

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，多元化合物薄膜太陽能電池、有機太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池等逐漸得到發(fā)展。如圖1所示為現(xiàn)在普遍流行的太陽能電池器件結構，其中包括基底、底電極、電荷傳輸層1、活性層、電荷傳輸層2和頂電極。其中器件的底電極通常采用透明的金屬氧化物導電材料，如ITO (indium tin oxide)和FTO (fluorine-doped tin oxide )，同時頂電極通常采用金屬材料，如金、銀、鋁、銅等。

ITO電極含有貴金屬銦，材料稀缺且價格昂貴，同時透明金屬氧化物電極機械性能差、質(zhì)脆，且不適用于溶液加工等方面；金屬電極往往需要真空蒸鍍制備，設備昂貴且工藝復雜。因此，發(fā)展低成本新型的電極材料成為太陽能電池研究的一個重要領域。石墨烯、銀納米線、金屬網(wǎng)格和碳納米管等柔性電極得到發(fā)展。其中導電聚合物聚(3,4-乙撐二氧噻吩):聚苯乙烯磺酸鹽（PEDOT:PSS）作為電極由于其較好的柔性、透光率和成膜性等被越來越多的人關注。然而，PSS 是一種絕緣體，導致未處理的PEDOT:PSS 薄膜的導電率非常低(低于1.0S cm^-1);此外，由于PEDOT 的結晶度不高，阻礙了空穴的傳輸效率和收集效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述技術的不足而提供一種Mxenes-PEDOT:PSS復合柔性電極及太陽能電池器件，使得Mxenes材料與PEDOT:PSS材料復合以提升其導電性。

為了達到上述目的，本發(fā)明所設計的一種Mxenes-PEDOT:PSS復合材料， Mxenes是二維過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物，組成為M_n+1X_nT_x，其具有高的電導率（~ 6000-8000S/cm），其中M是早期過渡金屬， X是碳、氮或二者混合物, T_x是表面端基，n = 1, 2或3；Mxenes/PEDOT:PSS雜化膠體溶液通過添加PEDOT:PSS溶液到Mxenes分散液中制得，形成Mxenes-PEDOT:PSS復合材料，。其中Mxenes材料為：Sc₂C，Ti₂C, Zr₂C, Hf₂C，Nb₂C，V₂C，Cr₂C，Ta₂C、Ti₂N、 Mo₂C、Ti₃C₂。

其中Mxenes的制備（以Ti₃C₂T_x為例，但不限于此）：