石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池，包括负极基板、位于负极基板上面的光伏材料层和位于光伏材料层上面的正极基板，所述正极基板包括主要由石墨烯形成的石墨烯正电极，所述负极基板包括主要由石墨烯形成的石墨烯负电极，所述光伏材料层为主要由钙钛矿形成的钙钛矿层。本实用新型具体包括从上至下依次排列的上基底、石墨烯正电极、钙钛矿层、石墨烯负电极、下基底五层结构。本实用新型结构简单，可湿法涂膜成型，成本低，成本比硅太阳能电池低60％，能量转化效率优于传统的硅太阳能电池，能量转化效率高达20～26％，可替代单晶硅成为新一代的柔性薄膜太阳能电池。
【专利说明】石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及太阳能电池【技术领域】。
【背景技术】
[0002]石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它只吸收2.3%的光，常温下电子迁移率超过15000cm2/V-s,为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此可用来发展更薄、导电速度更快的新一代太阳能电池，作为优异的导电电极材料。有机金属卤化物(CH3NH3PbI3)是一种有机/无机杂化的钙钛矿结构半导体材料，带隙在近红外区(1.7eV)，可吸收全部太阳光以及部分近红外光，是一种非常优异的太阳光吸收光伏材料。
[0003]现有技术中，申请号为201310650505.8的发明公开了一种钙钛矿结构太阳能电池及其制备方法，首先是在掺杂氟的Sn02 (FTO)导电玻璃先沉积一层氧化钛或氧化锌η型层，然后再沉积一层杂化钙钛矿结构CH3NH3PbI3，接着沉积P型硅薄膜，最后沉积金属电极层；其中，氧化锌或氧化钛层利用原子层沉积方法制备，该方法可以制备出非常致密的氧化物，并且膜厚可以准确控制；钙钛矿结构的CH3NH3PbI3可以通过溶液法或共蒸发方法制备；P型硅薄膜可以通过等离子体化学气相沉积方法制备；金属电极可以通过热蒸发或溅射方法制备。申请号为201410040145.4的发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该I丐钛矿太阳能电池包括依次层叠的衬底、透明电极、电子传输层、电子传输-吸光层、吸光层、空穴传输-吸光层、空穴传输层和顶电极，其中:所述吸光层为具有I丐钛矿结构的光伏材料吸光层；所述电子传输-吸光层是电子传输材料和I丐钛矿结构光伏材料嵌合形成的复合功能层；所述空穴传输-吸光层是空穴传输材料和I丐钛矿结构光伏材料嵌合形成的复合功能层。申请号为201410118541.4的发明公开了一种钙钛矿薄膜光伏电池及其制备方法，所述的钙钛矿薄膜光伏电池是由导电透明衬底、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极组成的。以上现有技术，均没有很好地利用石墨烯和钙钛矿相结合来提高能量转化效率，有待进一步改进。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种能量转化效率高的石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池。
[0005]本实用新型的技术方案是:一种石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池，包括负极基板、位于负极基板上面的光伏材料层和位于光伏材料层上面的正极基板，所述正极基板包括主要由石墨烯形成的石墨烯正电极，所述负极基板包括主要由石墨烯形成的石墨烯负电极，所述光伏材料层为主要由钙钛矿形成的钙钛矿层。
[0006]所述正极基板包括上基底和石墨烯正电极；所述上基底为主要由聚对苯二甲酸乙二酯形成的PET薄膜层；所述石墨烯正电极位于上基底和钙钛矿层之间。
[0007]所述石墨烯正电极附着在上基底上。
[0008]所述负极基板包括下基底和石墨烯负电极；所述下基底为主要由聚对苯二甲酸乙二酯形成的PET薄膜层；所述石墨烯负电极位于下基底和钙钛矿层之间。
[0009]所述石墨烯负电极附着在下基底上。
[0010]所述钙钛矿层的厚度为200_600nm。
[0011]所述钙钛矿层附着在负极基板上。
[0012]所述负极基板包括下基底和石墨烯负电极；所述下基底为主要由聚对苯二甲酸乙二酯形成的PET薄膜层；所述石墨烯负电极位于下基底和钙钛矿层之间；从上至下依次排列的上基底、石墨烯正电极、钙钛矿层、石墨烯负电极、下基底构成石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池的五层结构。
[0013]所述石墨烯正电极和石墨烯负电极合称为石墨烯电极，所述石墨烯电极的透光率为97%以上，常温下电子迁移率超过15000cm2/V.S。
[0014]本实用新型开发了一种由石墨烯作电极、有机金属卤化物钙钛矿(CH3NH3PbI3)作光伏材料的钙钛矿太阳能电池，利用了具有高电子传输速率特性的石墨烯做电极，利用具有宽光谱吸收特性的有机金属卤化物钙钛矿做光伏材料，呈柔性薄膜结构，应用领域广泛。本实用新型结构简单，可湿法涂膜成型，成本低，成本比硅太阳能电池低60%，能量转化效率优于传统的硅太阳能电池，能量转化效率高达20?26%，可替代单晶硅成为新一代的柔性薄膜太阳能电池。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
[0016]附图标记说明:上基底1、石墨稀正电极2、f丐钦矿层3、石墨稀负电极4、下基底5。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，一种石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池，采用透明聚对苯二甲酸乙二酯(PET)作基底，石墨烯做电极，钙钛矿结构CH3NH3PbI3作光伏材料。在具有石墨烯的负极基板上溶液涂膜、60°C烘干晶化制备200-600nm(优选300nm)厚钙钛矿结构CH3NH3PbI3。所述石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池包括五层结构，从上至下依次为:上基底、石墨稀正电极、I丐钦矿层、石墨稀负电极、下基底。上基底和石墨稀正电极组成正极基板；石墨稀负电极和下基底组成负极基板。
[0018]石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它只吸收2.3%的光，常温下电子迁移率超过15000cm2/V-s,为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此可用来发展更薄、导电速度更快的新一代太阳能电池，作为优异的导电电极材料。有机金属卤化物(CH3NH3PbI3)是一种有机/无机杂化的钙钛矿结构半导体材料，带隙在近红外区(1.7eV)，可吸收全部太阳光以及部分近红外光，是一种非常优异的太阳光吸收光伏材料。钙钛矿结构是非常有效的太阳光吸收材料，将钙钛矿与石墨烯结合，不仅可以使多功能性得到改进，而且可以使成本降低。
[0019]制作石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池时，利用化学气相沉积、物理转移的方法将大片石墨烯转移到聚对苯二甲酸乙二酯(PET)基底上，形成基板，包括正极基板和负极基板，负极基板在下(有石墨烯的一面朝上)作太阳能电池的负极，正极基板在上(有石墨烯的一面朝下)作太阳能电池的正极。在负极基板上通过溶液涂膜、60°C烘干晶化的方法引入200-600nm厚度的钙钛矿结构的有机金属卤化物(CH3NH3PbI3)，形成钙钛矿层，然后将正极基板覆盖在光伏材料(即:钙钛矿层)上，形成一种三明治异质结构的太阳能电池。结构如图1所示。
[0020]本石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池是由石墨烯作电极、有机金属卤化物(CH3NH3PbI3)作光伏材料的钙钛矿太阳能电池，结构简单，可湿法涂膜成型，成本低，能量转化效率高达20?26%，可替代单晶硅成为新一代的柔性薄膜太阳能电池。
[0021]还可以将二氧化钛和石墨烯结合在一起，用作太阳能电池电极，或者将掺杂有三氟甲磺酰基-酰胺(TFSA)的石墨烯镀在硅晶片上作为太阳能电池基板。
[0022]以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池，包括负极基板、位于负极基板上面的光伏材料层和位于光伏材料层上面的正极基板，其特征是，所述正极基板包括主要由石墨烯形成的石墨烯正电极，所述负极基板包括主要由石墨烯形成的石墨烯负电极，所述光伏材料层为主要由钙钛矿形成的钙钛矿层。
2.根据权利要求1所述的石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池，其特征是，所述正极基板包括上基底和石墨烯正电极；所述上基底为主要由聚对苯二甲酸乙二酯形成的PET薄膜层；所述石墨烯正电极位于上基底和钙钛矿层之间。
3.根据权利要求2所述的石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池，其特征是，所述石墨烯正电极附着在上基底上。
4.根据权利要求1所述的石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池，其特征是，所述负极基板包括下基底和石墨烯负电极；所述下基底为主要由聚对苯二甲酸乙二酯形成的PET薄膜层；所述石墨烯负电极位于下基底和钙钛矿层之间。
5.根据权利要求4所述的石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池，其特征是，所述石墨烯负电极附着在下基底上。
6.根据权利要求1所述的石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池，其特征是，所述钙钛矿层的厚度为200-600nm。
7.根据权利要求1所述的石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池，其特征是，所述钙钛矿层附着在负极基板上。
8.根据权利要求2所述的石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池，其特征是，所述负极基板包括下基底和石墨烯负电极；所述下基底为主要由聚对苯二甲酸乙二酯形成的PET薄膜层；所述石墨烯负电极位于下基底和钙钛矿层之间；从上至下依次排列的上基底、石墨烯正电极、钙钛矿层、石墨烯负电极、下基底构成石墨烯电极柔性薄膜钙钛矿太阳能电池的五层结构。
【文档编号】H01L51/48GK203932119SQ201420342784
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】廖旭, 王先华 申请人:湖南省天赐阳光太阳能有限责任公司