石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池，包括負(fù)極基板、位于負(fù)極基板上面的光伏材料層和位于光伏材料層上面的正極基板，所述正極基板包括主要由石墨烯形成的石墨烯正電極，所述負(fù)極基板包括主要由石墨烯形成的石墨烯負(fù)電極，所述光伏材料層為主要由鈣鈦礦形成的鈣鈦礦層。本實(shí)用新型具體包括從上至下依次排列的上基底、石墨烯正電極、鈣鈦礦層、石墨烯負(fù)電極、下基底五層結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，可濕法涂膜成型，成本低，成本比硅太陽能電池低60％，能量轉(zhuǎn)化效率優(yōu)于傳統(tǒng)的硅太陽能電池，能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)20～26％，可替代單晶硅成為新一代的柔性薄膜太陽能電池。
【專利說明】石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及太陽能電池【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是已知的世上最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，它只吸收2.3%的光，常溫下電子遷移率超過15000cm2/V-s,為世上電阻率最小的材料。因其電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此可用來發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代太陽能電池，作為優(yōu)異的導(dǎo)電電極材料。有機(jī)金屬鹵化物(CH3NH3PbI3)是一種有機(jī)/無機(jī)雜化的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料，帶隙在近紅外區(qū)(1.7eV)，可吸收全部太陽光以及部分近紅外光，是一種非常優(yōu)異的太陽光吸收光伏材料。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，申請?zhí)枮?01310650505.8的發(fā)明公開了一種鈣鈦礦結(jié)構(gòu)太陽能電池及其制備方法，首先是在摻雜氟的Sn02 (FTO)導(dǎo)電玻璃先沉積一層氧化鈦或氧化鋅η型層，然后再沉積一層雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)CH3NH3PbI3，接著沉積P型硅薄膜，最后沉積金屬電極層；其中，氧化鋅或氧化鈦層利用原子層沉積方法制備，該方法可以制備出非常致密的氧化物，并且膜厚可以準(zhǔn)確控制；鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的CH3NH3PbI3可以通過溶液法或共蒸發(fā)方法制備；P型硅薄膜可以通過等離子體化學(xué)氣相沉積方法制備；金屬電極可以通過熱蒸發(fā)或?yàn)R射方法制備。申請?zhí)枮?01410040145.4的發(fā)明公開了一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。該I丐鈦礦太陽能電池包括依次層疊的襯底、透明電極、電子傳輸層、電子傳輸-吸光層、吸光層、空穴傳輸-吸光層、空穴傳輸層和頂電極，其中:所述吸光層為具有I丐鈦礦結(jié)構(gòu)的光伏材料吸光層；所述電子傳輸-吸光層是電子傳輸材料和I丐鈦礦結(jié)構(gòu)光伏材料嵌合形成的復(fù)合功能層；所述空穴傳輸-吸光層是空穴傳輸材料和I丐鈦礦結(jié)構(gòu)光伏材料嵌合形成的復(fù)合功能層。申請?zhí)枮?01410118541.4的發(fā)明公開了一種鈣鈦礦薄膜光伏電池及其制備方法，所述的鈣鈦礦薄膜光伏電池是由導(dǎo)電透明襯底、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和金屬電極組成的。以上現(xiàn)有技術(shù)，均沒有很好地利用石墨烯和鈣鈦礦相結(jié)合來提高能量轉(zhuǎn)化效率，有待進(jìn)一步改進(jìn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能量轉(zhuǎn)化效率高的石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池，包括負(fù)極基板、位于負(fù)極基板上面的光伏材料層和位于光伏材料層上面的正極基板，所述正極基板包括主要由石墨烯形成的石墨烯正電極，所述負(fù)極基板包括主要由石墨烯形成的石墨烯負(fù)電極，所述光伏材料層為主要由鈣鈦礦形成的鈣鈦礦層。
[0006]所述正極基板包括上基底和石墨烯正電極；所述上基底為主要由聚對苯二甲酸乙二酯形成的PET薄膜層；所述石墨烯正電極位于上基底和鈣鈦礦層之間。
[0007]所述石墨烯正電極附著在上基底上。
[0008]所述負(fù)極基板包括下基底和石墨烯負(fù)電極；所述下基底為主要由聚對苯二甲酸乙二酯形成的PET薄膜層；所述石墨烯負(fù)電極位于下基底和鈣鈦礦層之間。
[0009]所述石墨烯負(fù)電極附著在下基底上。
[0010]所述鈣鈦礦層的厚度為200_600nm。
[0011]所述鈣鈦礦層附著在負(fù)極基板上。
[0012]所述負(fù)極基板包括下基底和石墨烯負(fù)電極；所述下基底為主要由聚對苯二甲酸乙二酯形成的PET薄膜層；所述石墨烯負(fù)電極位于下基底和鈣鈦礦層之間；從上至下依次排列的上基底、石墨烯正電極、鈣鈦礦層、石墨烯負(fù)電極、下基底構(gòu)成石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池的五層結(jié)構(gòu)。
[0013]所述石墨烯正電極和石墨烯負(fù)電極合稱為石墨烯電極，所述石墨烯電極的透光率為97%以上，常溫下電子遷移率超過15000cm2/V.S。
[0014]本實(shí)用新型開發(fā)了一種由石墨烯作電極、有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦(CH3NH3PbI3)作光伏材料的鈣鈦礦太陽能電池，利用了具有高電子傳輸速率特性的石墨烯做電極，利用具有寬光譜吸收特性的有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦做光伏材料，呈柔性薄膜結(jié)構(gòu)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，可濕法涂膜成型，成本低，成本比硅太陽能電池低60%，能量轉(zhuǎn)化效率優(yōu)于傳統(tǒng)的硅太陽能電池，能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)20?26%，可替代單晶硅成為新一代的柔性薄膜太陽能電池。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]附圖標(biāo)記說明:上基底1、石墨稀正電極2、f丐欽礦層3、石墨稀負(fù)電極4、下基底5。

【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，一種石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池，采用透明聚對苯二甲酸乙二酯(PET)作基底，石墨烯做電極，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)CH3NH3PbI3作光伏材料。在具有石墨烯的負(fù)極基板上溶液涂膜、60°C烘干晶化制備200-600nm(優(yōu)選300nm)厚鈣鈦礦結(jié)構(gòu)CH3NH3PbI3。所述石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池包括五層結(jié)構(gòu)，從上至下依次為:上基底、石墨稀正電極、I丐欽礦層、石墨稀負(fù)電極、下基底。上基底和石墨稀正電極組成正極基板；石墨稀負(fù)電極和下基底組成負(fù)極基板。
[0018]石墨烯是已知的世上最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，它只吸收2.3%的光，常溫下電子遷移率超過15000cm2/V-s,為世上電阻率最小的材料。因其電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此可用來發(fā)展更薄、導(dǎo)電速度更快的新一代太陽能電池，作為優(yōu)異的導(dǎo)電電極材料。有機(jī)金屬鹵化物(CH3NH3PbI3)是一種有機(jī)/無機(jī)雜化的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料，帶隙在近紅外區(qū)(1.7eV)，可吸收全部太陽光以及部分近紅外光，是一種非常優(yōu)異的太陽光吸收光伏材料。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)是非常有效的太陽光吸收材料，將鈣鈦礦與石墨烯結(jié)合，不僅可以使多功能性得到改進(jìn)，而且可以使成本降低。
[0019]制作石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池時(shí)，利用化學(xué)氣相沉積、物理轉(zhuǎn)移的方法將大片石墨烯轉(zhuǎn)移到聚對苯二甲酸乙二酯(PET)基底上，形成基板，包括正極基板和負(fù)極基板，負(fù)極基板在下(有石墨烯的一面朝上)作太陽能電池的負(fù)極，正極基板在上(有石墨烯的一面朝下)作太陽能電池的正極。在負(fù)極基板上通過溶液涂膜、60°C烘干晶化的方法引入200-600nm厚度的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)金屬鹵化物(CH3NH3PbI3)，形成鈣鈦礦層，然后將正極基板覆蓋在光伏材料(即:鈣鈦礦層)上，形成一種三明治異質(zhì)結(jié)構(gòu)的太陽能電池。結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0020]本石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池是由石墨烯作電極、有機(jī)金屬鹵化物(CH3NH3PbI3)作光伏材料的鈣鈦礦太陽能電池，結(jié)構(gòu)簡單，可濕法涂膜成型，成本低，能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)20?26%，可替代單晶硅成為新一代的柔性薄膜太陽能電池。
[0021]還可以將二氧化鈦和石墨烯結(jié)合在一起，用作太陽能電池電極，或者將摻雜有三氟甲磺?；?酰胺(TFSA)的石墨烯鍍在硅晶片上作為太陽能電池基板。
[0022]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池，包括負(fù)極基板、位于負(fù)極基板上面的光伏材料層和位于光伏材料層上面的正極基板，其特征是，所述正極基板包括主要由石墨烯形成的石墨烯正電極，所述負(fù)極基板包括主要由石墨烯形成的石墨烯負(fù)電極，所述光伏材料層為主要由鈣鈦礦形成的鈣鈦礦層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池，其特征是，所述正極基板包括上基底和石墨烯正電極；所述上基底為主要由聚對苯二甲酸乙二酯形成的PET薄膜層；所述石墨烯正電極位于上基底和鈣鈦礦層之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池，其特征是，所述石墨烯正電極附著在上基底上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池，其特征是，所述負(fù)極基板包括下基底和石墨烯負(fù)電極；所述下基底為主要由聚對苯二甲酸乙二酯形成的PET薄膜層；所述石墨烯負(fù)電極位于下基底和鈣鈦礦層之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池，其特征是，所述石墨烯負(fù)電極附著在下基底上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池，其特征是，所述鈣鈦礦層的厚度為200-600nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池，其特征是，所述鈣鈦礦層附著在負(fù)極基板上。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池，其特征是，所述負(fù)極基板包括下基底和石墨烯負(fù)電極；所述下基底為主要由聚對苯二甲酸乙二酯形成的PET薄膜層；所述石墨烯負(fù)電極位于下基底和鈣鈦礦層之間；從上至下依次排列的上基底、石墨烯正電極、鈣鈦礦層、石墨烯負(fù)電極、下基底構(gòu)成石墨烯電極柔性薄膜鈣鈦礦太陽能電池的五層結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01L51/48GK203932119SQ201420342784
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】廖旭, 王先華 申請人:湖南省天賜陽光太陽能有限責(zé)任公司