一种柔性太阳能电池的制备方法与流程

本发明属于太阳能电池的制备技术领域，具体涉及一种柔性太阳能电池的制备方法。

背景技术：

随着社会不断进步和经济的发展对能源的需求，能源问题是制约经济可持续发展和社会进步的重要问题，世界各国都在寻求缓解甚至解决能源问题的方法。开发利用可再生清洁能源备受关注，是解决能源问题、实现社会经济可持续发展的关键。我国高度重视可再生能源的研究与开发。2015年3月16日，国家发展和改革委员会、财政部、科技部等23个部委召开了针对战略性新兴产业发展的部际联席会议。新能源产业和新能源汽车产业等己成为我国重点培育的战略新兴产业。国家经贸委制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划，并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用。太阳能资源是特别优越的清洁可再生能源，对其开发利用以太阳能电池为代表。

相比于世界上太阳能电池的开发利用，我国的发展起步比较晚，然而近十年来我国太阳能能电池研究开发利用上成就斐然。有代表性的几家研究机构对太阳能的研究上达到了世界前列，2006年中科院化学研究所李永舫课组制备太阳能电池器件能量转换效率达到3.18%，2009年华南理工大学曹铺研究小组制备的太阳能电池能量转换效率达到5.4%，是当时国际先进水平，2011年，曹铺和侯剑辉小组合作在二维共扼聚合物太阳能材料体系中的研究取得了突破性的进展，在聚合物PBDTTT的基础上引入唆吩共扼支链，得到器件能量转换效率为7.59%，为当时报道的聚合物太阳能电池最高效率之一，2012年，该小组利用PEN修饰ITO电极制备反向太阳能电池，能量转换效率突破9%。太阳能电池也在不断发展进步，更新换代，近几年科研人员研发的钙钛矿型太阳能电池又大大提高了效率，带来了太阳能电池开发利用的新进展和新记录。

随着电子产品、家用电器及精密仪器仪表的智能化的发展，并且随着便携式电子设备和可穿戴器件对供电需求的増加，发展可弯折的柔性太阳能电池器件，可以提高使用方便性、布置的灵活性，能够用在任意折叠的智能显示器，将有利于电子产品的革命性发展。针对这方面的研究据报道的国内外有突破的团队有：2010年美国密苏里大学工程学院Patrick Pinhero为首的研究团队在实验室开发一种柔性太阳能电池薄膜，85%的可见光线被吸收，理论上可以捕获超过90%的可用光。2016年3月中国科学技术大学熊宇杰课题组创造性地将具有近红外光吸收性能的银纳米片与硅纳米线集成在一起，构筑了两种不同的光伏器件，近红外光区光电转换效率提高了59%。发展高效柔性太阳能电池十分迫切与可行。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种新型高效柔性太阳能电池的制备方法，有效解决了TiO₂与基底电极匹配结合不紧密的问题，基底Ti金属片所作块状太阳能电池板有较好的机械强度和柔韧性。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种柔性太阳能电池的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）基底Ti/TiO₂氧化纳米层的制备，将0.2mm厚的Ti金属片剪切后放入丙酮中超声清洗15min，再将超声清洗后的Ti金属片于500℃隔绝空气退火3h，将退火处理后的Ti金属片在配制的含有NH₄F、H₂O和HF的乙二醇溶液中进行阳极氧化，钛金属片作阳极，铂金属片作阴极，阳极氧化后的钛板在空气中于450℃锻烧3h；

（2）CH₃NH₃PbI₃型钙钛矿吸收层的制备，将PbI₂和CH₃NH₃I粉末以摩尔比1:1混合溶解于N,N-二甲基甲酰胺中配制成CH₃NH₃PbI₃前驱液，于70℃用磁力搅拌器搅拌至完全溶解，将基底片清洗后干燥，取CH₃NH₃PbI₃前驱液在基底片上旋涂，再于115℃退火处理30min；

（3）P₃HT空穴传导层的制备，将20mg P₃HT溶于2mL二氯苯中得到P₃HT前驱液，溶解过程需要进行水浴加热，保持水温在50℃，以待被用于旋涂成膜，将P₃HT前驱液旋涂在基底片的CH₃NH₃PbI₃型钙钛矿吸收层上，然后在氮气气氛中于70℃烘干40min；

（4）CNTs透明导电薄膜的制备，将CNTs和TNWDIS在水介质中共混，在超声波粉碎机中分散，再经过低速离心机沉降得到CNTs分散液，将CNTs分散液通过涂膜器涂覆在基底片的P₃HT空穴传导层上，然后烘干即制得柔性太阳能电池。

进一步优选，步骤（1）中Ti金属片的纯度为99.99%。

进一步优选，步骤（1）中含有NH₄F、H₂O和HF的乙二醇溶液中NH₄F的重量百分含量为0.25%，H₂O的体积百分含量为2%，HF的体积百分含量为1%-2%。

进一步优选，步骤（2）中CH₃NH₃PbI₃前驱液的质量浓度为40%。

进一步优选，步骤（3）中P₃HT前驱液的旋涂转数为500rpm。

进一步优选，步骤（4）中CNTs分散液制备过程所用超声变幅杆为Φ6，输出功率为60%，超声开关时间均为3s，设置超声总时间为6×10min。

本发明具有以下有益效果：本发明制备了一种Ti/TiO₂/CH₃NH₃PbI₃/P₃HT/CNTs结构钙钛矿柔性太阳能电池；采用在高纯Ti金属片阳极氧化技术制备TiO₂基底上依次制备其它各层，基底Ti金属片直接作电极，同时解决了TiO₂与基底电极匹配结合不紧密的问题；基底Ti金属片所作块状太阳能电池板有较好机械强度和柔韧性。

附图说明

图1是本发明实施例氧化所得Ti/TiO₂表面的SEM图；

图2是本发明实施例制备的CH₃NH₃PbI₃型钙钛矿吸收层的的SEM图；

图3是本发明实施例制备的P₃HT薄膜原子力表征图；

图4是本发明实施例制备的CNTs透明导电薄膜的SEM图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明作进一步说明，但并不以任何形式限制本发明的内容。

实施例

基底Ti/TiO₂氧化纳米层的制备

将0.2mm厚的Ti金属片（纯度为99.99%）剪切成20mm×20mm后放入丙酮中超声清洗15min，再将超声清洗后的Ti金属片于500℃隔绝空气退火3h。将退火处理后的Ti金属片在配制的含有NH₄F、H₂O和HF的乙二醇溶液中进行阳极氧化，钛金属片作阳极，铂金属片作阴极，电解液中NH₄F的重量百分含量为0.25%，H₂O的体积百分含量为2%，HF的体积百分含量为1%-2%，氧化时间为5h。阳极氧化后的钛板在空气中于450℃锻烧3h，如图1所示Ti/TiO₂氧化表面的SEM图。

在基底上CH₃NH₃PbI₃型钙钛矿吸收层的制备

将PbI₂和CH₃NH₃I粉末以摩尔比1:1混合溶解在DMF（N,N-二甲基甲酰胺）中配制成质量分数约为40%的CH₃NH₃PbI₃前驱液，于70℃用磁力搅拌器搅拌至完全溶解，将基底片清洗后干燥，取适量CH₃NH₃PbI₃前驱溶液在上述基底片上旋涂，再于115℃退火处理30min。如图2所示CH₃NH₃PbI₃型钙钛矿吸收层的的SEM图。

P₃HT空穴传导层的制备

将20mg P₃HT置于2mL二氯苯中溶解得到P₃HT前驱液，溶解过程进行水浴加热，保持水浴温度为50℃，以待被应用旋涂成膜。将P₃HT前驱液旋涂在上述基底片的钙钛矿吸收层上，前驱液在旋涂转数为500rpm的条件下进行，然后在氮气气氛中于70℃烘干40min，如图3所示形成的厚度约为200nm的P₃HT薄膜原子力表征图。

CNTs透明导电薄膜的制备

将CNTs和TNWDIS在水介质中共混，在超声波粉碎机中分散，再经过低速离心机沉降得到CNTs分散液，所用超声变幅杆为Φ6，输出功率为60%，超声开关时间均为3s，设置超声总时间为6×10min。将CNTs分散液通过涂膜器涂覆在上述基底片的P₃HT空穴传导层上，然后烘干完成太阳能电池单元样品制作，如图4所示生长在表面的碳纳米管导电层的SEM图。用太阳能电池基实验仪对制备的太阳能电池单元样品进行测量，能量转换效率约为7.1%，所制备的柔性太阳能平板太阳能电池单元的弯曲柔韧性较强。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。