碳功能材料及其制备方法、太阳能电池及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请属于有机光伏器件制备领域，特别是涉及一种碳材料空穴传输材料、碳材 料空穴传输材料的制作方法、太阳能电池，及太阳能电池的制作方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能具有无地域限制、无污染、取之不尽，用之不竭的优点引起了各国广泛的关 注，大力发展利用太阳能的新能源技术已经成为全世界各个国家的共识。其中利用太阳能 发电无疑是一种高效使用太阳能的方式，得到了深入的研究。
[0003] 体异质结有机太阳能电池作为新一代太阳能电池的代表同其他类型太阳能电池 相比，具有低温加工，柔性，可大面积印刷，价格便宜，工艺简单等特点。因此有望大规模 制备低成本、轻薄、可卷曲、可灵活使用的太阳能电池。从1995年，Yu等人首次报道了以聚 2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基）-1，4-亚苯基乙撑与富勒烯衍生物PCBM共混膜为活性层制 备了体异质结太阳能电池（Bulk-HeterojunctionBHJ)以来的近二十年中，有机体异质结 太阳能电池获得了巨大的发展。目前，该类型太阳能电池在实验室内已经实现了光电转换 效率超过10 %，并且不少的实验室也能到达5 % -8 %的效率。但是目前太阳能电池器件通 常采用正式结构，并且使用聚（3,4-乙撑二氧噻吩）：聚苯乙烯磺酸钠水溶液（PED0T:PSS) 为空穴传输材料。但是由于PEDOT:PSS通常配制成酸性溶液分散液（PH~1)会腐蚀ΙΤ0 电极，同时具有吸湿、电学不均一性的特点，从而导致器件的效率和寿命在短时间内快速下 降。并且在目前工艺条件下，PH)0T:PSS价格昂贵且不易长时间储藏，极大的限制了有机太 阳能电池在高效率、长寿命、低成本等方面的发展。因此，一种可以克服以上缺点的空穴传 输材料的发展就尤为重要。
[0004] 近些年来，人们围绕新型空穴传输材料展开了大量研究，绝大多数的空穴传输材 料为稀有金属氧化物，价格昂贵，或者需要通过高温低真空蒸镀，耗能且难以大面积应用， 限制了其作为太阳能电池空穴传输材料的使用。由于氧化石墨（G0)可以稳定的分散在水 溶液中，具有加工的良好成膜性、优异的透过率和空穴传输能力迅速引起了人们的关注，但 是其相对较低的电导率以及不精确的功函数仍然限制了其作为空穴传输材料的应用。一些 有效地解决方法是通过化学还原、热还原、微波还原、激光还原、Plasma(等离子）处理来适 度还原G0,这样可以将提高G0电导率。但是，这类方法通常是步骤繁琐，工艺复杂，或者是 还原过程耗能，不利于大面积制造的同时在还原过程中引入了新的缺陷。
[0005] 因此发展一种可控氧化程度的氧化石墨空穴传输材料，是有机柔性太阳能电池发 展的当务之急。
【发明内容】
[0006] 本申请的目的在于提供一种碳功能材料及其制备方法、太阳能电池及其制作方 法，以克服现有技术中的不足。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0008] 本申请实施例公开了一种碳功能材料，包括：
[0009] 碳基体；
[0010] 形成于所述碳基体表面上的含氧官能团和含碳官能团，所述官能团中碳和氧的摩 尔比例为0. 93~1. 00。
[0011] 优选的，在上述的碳功能材料中，所述碳基体选自石墨烯、氧化石墨、一维碳纳米 管。
[0012] 优选的，在上述的碳功能材料中，所述含氧官能团选自羟基、环氧基、羰基、和羧 基。所述含碳官能团选自碳碳双键、碳碳单键、羰基、和羧基。
[0013] 相应地，本申请实施例还公开了一种碳功能材料的制备方法，包括步骤：
[0014] si、将碳粉加入到第一强氧化剂和强酸的混合溶液中，在80°C-10(TC条件下，进 行预氧化；
[0015] s2、在所述的混合溶液中加入第二强氧化剂，在30°C-50°C条件下，进行第二次氧 化；
[0016] S3、水解后获得碳功能材料。
[0017] 优选的，在上述的碳功能材料的制备方法中，具体包括步骤：
[0018] si、将碳粉加入至98%浓度的H2S04、K2S20s、和P205的混合溶液中在80°C条件下搅 拌均匀；
[0019] s2、加入NaN03在水域中再次搅拌均匀，再逐滴加入ΚΜη04，撤去水域，搅拌直到有 高粘稠的液体出现，碳粉、H2S04、K2S20s、NaN03和ΚΜη04的质量比为10:8:8:1:6 ;
[0020] S3、连续用温水和双氧水处理，离心，HC1和水水洗，重复多次,干燥。
[0021] 优选的，在上述的碳功能材料的制备方法中，所述第一强氧化剂选自三价钴盐、过 硫酸盐、过氧化物、强酸中一种或多种的组合。所述第二强氧化剂选自重铬酸钾、高锰酸钾、 氧酸盐中的一种或多种的组合。
[0022] 本申请实施例还公开了一种太阳能电池，包括空穴传输层，所述空穴传输层的材 质为所述的碳功能材料。
[0023] 相应地，本申请实施例还公开了一种太阳能电池的制作方法，包括步骤：
[0024] (1)、将ΙΤ0表面用plasma进行处理，将碳功能材料配制成0· 5~5mg/ml的氧化 石墨水溶液，并将氧化石墨水溶液旋涂在plasma处理后的ΙΤ0表面；
[0025] (2)、以P3HT为活性层给体材料，PCBM为活性层受体材料，将两者以质量比为 1:0. 8-1:1溶于二氯苯溶液中，配制成20毫克/毫升溶液。再将配制好的P3HT/PCBM二氯 苯溶液旋涂在步骤（1)中用氧化石墨修饰好的ΙΤ0电极上，获得活性层；
[0026](3)、待溶剂完全挥发后，通过真空蒸镀的方法蒸镀电极，即制备得到有机聚合物 正式结构体异质结太阳能电池。
[0027] 相应地，本申请实施例还公开了一种太阳能电池的制作方法，包括步骤：
[0028] (1)、在ΙΤ0电极上旋涂空穴阻挡层材料氧化锌，并进行退火处理；
[0029] (2)、以P3HT为活性层给体材料，PCBM为活性层受体材料，将两者溶于二氯苯溶液 中，配制成20毫克/毫升溶液，再将配制好的P3HT/PCBM氯苯溶液旋涂在步骤（1)中用氧 化锌修饰好的复合电极上，获得活性层，并对活性层进行退火处理；
[0030] (3)、之后在活性层表面旋涂由碳功能材料配制的氧化石墨溶液，再蒸镀电极，即 制备得到有机聚合物反式结构体异质结太阳能电池。
[0031] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0032] 1、本发明采用两步氧化的方法得到氧化石墨水溶液，并通过涂膜工艺在ΙΤ0电极 表面形成空穴传输层，其简单的制备工艺可以用作大规模生产。
[0033] 2、本发明采用的氧化石墨空穴传输层厚度非常薄，只有3-5纳米；同时对光的吸 收较弱，不会影响空穴层的光学吸收。
[0034] 3、本发明采用的氧化石墨空穴传输层可以有效降低器件的串联电阻，平整ΙΤ0表 面形貌，减少器件漏电流的产生。
[0035] 4、本发明采用的氧化石墨来作为正式和反式结构太阳能电池的空穴传输层，极大 的提高了电池的效率和稳定性，对于有机太阳能电池空穴传输材料的发展起到了很好的促 进作用，并可用于大规模太阳能电池的生产。
【附图说明】
[0036] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037] 图1所示为本发明具体实施例中不同氧化程度氧化石墨的合成示意图；
[0038] 图2所示为本发明具体实施例中不同氧化程度氧化石墨的