一種線狀可彎曲太陽(yáng)能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機(jī)太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種線狀可彎曲太陽(yáng)能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]聚合物太陽(yáng)能電池由于其具有材料來(lái)源豐富、生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，弓丨起人們的廣泛關(guān)注。然而在傳統(tǒng)的聚合物太陽(yáng)能電池的制備中，由于基底材料的限制，一般電池形態(tài)都為硬性平板式。這種剛性襯底具有良好的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度，在太陽(yáng)能電池發(fā)展初期的一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)電玻璃和金屬板都被普遍的應(yīng)用。但是隨著效率的逐步提高和基于不同材料體系的電池的出現(xiàn)，傳統(tǒng)平板剛性襯底的局限性逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，這種襯底對(duì)入射光的角度有一定的要求，并且入射光只與太陽(yáng)能電池發(fā)生一次作用，所以太陽(yáng)光的利用率很低。同時(shí)，襯底材料質(zhì)量重，體積大而且易碎，為運(yùn)輸帶來(lái)不便，限制了它只能在地面上的應(yīng)用，阻礙了太陽(yáng)能電池在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)一種柔性襯底的聚合物太陽(yáng)能電池有十分的必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、太陽(yáng)光利用率高的線狀可彎曲太陽(yáng)能電池及其制備方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案，
[0005]一種線狀可彎曲太陽(yáng)能電池，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、ZnO納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。
[0006]所述的光纖為石英光纖或者塑料光纖，直徑為10nm?1500nm。
[0007]所述的透明導(dǎo)電薄膜為AZO薄膜，厚度為100?lOOOnm。
[0008]所述的ZnO納米線陣列膜的厚度為200?1500nm。
[0009]所述的光活性聚合物層為P3HT:PCBM或PEDOT:PSS，厚度為200?lOOOnm。
[0010]所述的金屬層為Al、Ag、Au、Ca或Li，厚度為10?200nm。
[0011]本發(fā)明所述線狀可彎曲太陽(yáng)能電池的工作原理如下:
[0012]太陽(yáng)光從光纖一端沿軸向?qū)?，入射光可在光纖內(nèi)多次反射，光活性聚合物中的電子給體聚合物P3HT吸收光能后產(chǎn)生激子；激子擴(kuò)散至并在P3HT/PCBM或者P3HT/Zn0的界面處分離為自由電子和空穴；Ζη0納米線陣列膜作為器件的電子傳輸層，可將P3HT:PCBM活性層中產(chǎn)生的電子傳輸至透明導(dǎo)電電極，同時(shí)空穴傳輸至金屬電極，在外電路形成電流。
[0013]另外，所述AZO為鋁摻雜的氧化鋅透明導(dǎo)電玻璃的簡(jiǎn)稱。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0015](I)米用光纖作為襯底和導(dǎo)光介質(zhì)，當(dāng)太陽(yáng)光從光纖一端射入，入射光可在光纖內(nèi)發(fā)生多次全反射，從而可與太陽(yáng)電池活性層多次發(fā)生作用，增加了對(duì)太陽(yáng)光的吸收以及光生載流子的輸運(yùn)效率，提高了太陽(yáng)能電池的效率；同時(shí)，光纖也可作為信號(hào)傳輸?shù)亩丝冢瑸槲磥?lái)設(shè)計(jì)出一體式光電信號(hào)探測(cè)和轉(zhuǎn)換裝置提供了可能。
[0016](2)具有可編織性、生產(chǎn)制造成本低、質(zhì)量輕、應(yīng)用廣泛等突出優(yōu)勢(shì)，打破了傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池在材料與形狀上的局限性，可為狹小有限的空間提供電源，并可被編織進(jìn)衣物、帳篷等材質(zhì)中，在光伏產(chǎn)業(yè)中有著廣闊的發(fā)展前景。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明所述線狀可彎曲太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明所述線狀可彎曲太陽(yáng)能電池的截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0020]實(shí)施例1
[0021]一種線狀可彎曲太陽(yáng)能電池，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、ZnO納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。
[0022]所述的光纖為石英光纖，直徑為lOOnm。
[0023]所述的透明導(dǎo)電薄膜為AZO薄膜，厚度為lOOnm。
[0024]所述的ZnO納米線陣列膜的厚度為300nm。
[0025]所述的光活性聚合物層為P3HT:PCBM，厚度為500nm。
[0026]所述的金屬層為Al，厚度為20nmo
[0027]實(shí)施例2
[0028]一種線狀可彎曲太陽(yáng)能電池，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、ZnO納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。
[0029]所述的光纖為塑料光纖，直徑為500nm。
[0030]所述的透明導(dǎo)電薄膜為AZO薄膜，厚度為lOOnm。
[0031]所述的ZnO納米線陣列膜的厚度為600nm。
[0032]所述的光活性聚合物層為PEDOT:PSS，厚度為800nm。
[0033]所述的金屬層為Ag，厚度為50nmo
[0034]實(shí)施例3
[0035]一種線狀可彎曲太陽(yáng)能電池，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、ZnO納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。
[0036]所述的光纖為塑料光纖，直徑為lOOOnm。
[0037]所述的透明導(dǎo)電薄膜為AZO薄膜，厚度為300nm。
[0038]所述的ZnO納米線陣列膜的厚度為900nm。
[0039]所述的光活性聚合物層為P3HT:PCBM，厚度為lOOOnm。
[0040]所述的金屬層為Au，厚度為1nm0
[0041]實(shí)施例4
[0042]一種線狀可彎曲太陽(yáng)能電池，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、ZnO納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。
[0043]所述的光纖為石英光纖，直徑為1500nm。
[0044]所述的透明導(dǎo)電薄膜為AZO薄膜，厚度為lOOOnm。
[0045]所述的ZnO納米線陣列膜的厚度為lOOOnm。
[0046]所述的光活性聚合物層為PEDOT:PSS，厚度為lOOOnm。
[0047]所述的金屬層為Ca，厚度為10nm0
[0048]實(shí)施例5
[0049]一種線狀可彎曲太陽(yáng)能電池，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、ZnO納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。
[0050]所述的光纖為石英光纖，直徑為750nm。
[0051]所述的透明導(dǎo)電薄膜為AZO薄膜，厚度為500nm。
[0052]所述的ZnO納米線陣列膜的厚度為500nm。
[0053]所述的光活性聚合物層為P3HT:PCBM，厚度為lOOOnm。
[0054]所述的金屬層為L(zhǎng)i，厚度為30nmo
[0055]本實(shí)用新型所述的線狀可彎曲太陽(yáng)能電池的制備方法，包括如下步驟:
[0056]1、采用無(wú)電沉積法在光纖表面生長(zhǎng)AZO薄膜；
[0057](I)將光纖置于丙酮超聲波清洗5?lOmin，再置于去離子水中超聲波清洗5?lOmin，
[0058](2)依次浸入含有 20 ?60g/L SnCl2、0.5 ?2g/L [Ag (NH3)2] OH 和 0.1 ?0.3g/LPdCld^活化溶液中各5?lOmin，使得Pd粒子吸附在光纖上，得到活化光纖；
[0059](3)將活化光纖再浸入含有 0.01 ?0.lmol/L Zn(NO3)0.0005 ?0.005mol/LAl (NO3) 3和0.01?0.03mol/L 二甲氨基硼烷的生長(zhǎng)溶液中，生長(zhǎng)溶液溫度為70?90°C，浸入時(shí)間為1.5?3h，然后取出用去離子水沖洗，在室溫下晾干，得到覆AZO薄膜光纖；
[0060]2、采用水熱法在覆AZO薄膜光纖表面生長(zhǎng)ZnO納米線陣列膜；
[0061]將所述覆AZO薄膜光纖置于含有10?30mmol/L Zn(N03)2、10?30mmol/L六亞甲基四胺和3?lOmmol/L聚乙烯亞胺的混合溶液中，混合溶液的溫度為80?100°C，反應(yīng)時(shí)間為15?25h，然后取出用去離子水清洗，再在N2氣流中干燥，得到覆ZnO納米線陣列膜光纖；
[0062]3、采用浸涂法在覆ZnO納米線陣列膜光纖表面制備P3HT:PCBM層；
[0063]將覆ZnO納米線陣列膜光纖浸入溫度為80?120°C的浸涂溶液中，攪拌2?3h后取出，待溶劑揮發(fā)，得到覆P3HT:PCBM層光纖；所述浸涂溶液為P3HT和PCBM的二氯苯溶液，在浸涂溶液中，P3HT的濃度為5?30mg/mL，PCBM的濃度為5?30mg/mL ；
[0064]4、采用熱蒸發(fā)法在覆P3HT:PCBM層光纖表面蒸鍍Al、Ag、Au、Ca或Li金屬層；工藝參數(shù)如下:轟擊電流為0.5?1A，襯底溫度為25?50°C，真空度為I?5X10_4pa，蒸鍍時(shí)間2?5min，得到線狀可彎曲太陽(yáng)能電池。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種線狀可彎曲太陽(yáng)能電池，其特征在于，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、ZnO納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的線狀可彎曲太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述的光纖為石英光纖或者塑料光纖，直徑為10nm?1500nmo
3.如權(quán)利要求1所述的線狀可彎曲太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述的透明導(dǎo)電薄膜為AZO薄膜，厚度為100?lOOOnm。
4.如權(quán)利要求1所述的線狀可彎曲太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述的ZnO納米線陣列膜的厚度為200?1500nm。
5.如權(quán)利要求1所述的線狀可彎曲太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述的光活性聚合物層為 P3HT: PCBM 或 PEDOT: PSS,厚度為 200 ?lOOOnm。
6.如權(quán)利要求1所述的線狀可彎曲太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述的金屬層為Al、Ag、Au、Ca 或 Li，厚度為 10 ?200nm。
【專利摘要】一種線狀可彎曲太陽(yáng)能電池，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、ZnO納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。所述的光纖為石英光纖或者塑料光纖，直徑為100nm～1500nm。所述的透明導(dǎo)電薄膜為AZO薄膜，厚度為100～1000nm。所述的ZnO納米線陣列膜的厚度為200～1500nm。所述的光活性聚合物層為P3HT:PCBM或PEDOT:PSS，厚度為200～1000nm。所述的金屬層為Al、Ag、Au、Ca或Li，厚度為10～200nm。本實(shí)用新型能夠使入射光在光纖內(nèi)發(fā)生多次全反射，與光活性聚合物層多次作用；具有柔性和可編制性，可編制成衣服或者帳篷等織物作為便攜式供電設(shè)備。
【IPC分類】H01L31-0264, H01L31-18, H01L31-054
【公開(kāi)號(hào)】CN204315602
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420811227
【發(fā)明人】黃瀛, 沈曉明, 何歡, 符躍春, 韋小鳳, 覃嘉媛
【申請(qǐng)人】廣西大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年12月18日