一种石墨烯太阳能电池及制备方法与流程

[0001]
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种石墨烯太阳能电池及制备方法。


背景技术：

[0002]
占地球总能量99％以上的太阳能具有取之不尽、用之不竭、没有污染等优点，因而成为各国科学家开发和利用的新能源之一。石墨烯具有优异的光学、电学和力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。石墨烯也是世界上电阻率最小的材料，无疑，将石墨烯应用于电池领域将产生非常可观的应用价值，但是目前的相关研究甚少，如何将石墨烯应用于现有太阳能电池领域成为人们的探讨重点。


技术实现要素：

[0003]
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种石墨烯太阳能电池及制备方法。
[0004]
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
[0005]
一种石墨烯太阳能电池，包括基底，所述基底上由下至上依次设置倒圆台状石墨烯层、阳极层、第一石墨烯修饰层、阳极缓冲层、空穴传输层、活性光层、石墨烯导电层、石墨烯阴极缓冲层、第二石墨烯修饰层和阴极层，所述阳极层与阴极层之间电性相连。
[0006]
进一步的，所述基底采用聚乙烯或聚丙烯制成，基底上开设若干个t型凹孔，t型凹孔呈方形阵列式排布。
[0007]
进一步的，所述倒圆台状石墨烯层包括若干个连续排列的通过偶数层片状石墨烯叠加而成的倒圆台状石墨烯结构，片状石墨烯的厚度为0.2-0.5纳米。
[0008]
进一步的，所述倒圆台状石墨烯结构为由四层宽度由上至下递减的片状石墨烯竖向顺序折叠而成的倒圆台状结构。
[0009]
进一步的，所述第一石墨烯修饰层和第二石墨烯修饰层的厚度为5-50纳米。
[0010]
进一步的，所述第一石墨烯修饰层和第二石墨烯修饰层分别由石墨烯、金属纳米线和三氧化钼按1-2：2-4：5-8的质量比制备而成。
[0011]
进一步的，所述金属纳米线为银纳米线、铝纳米线、镉纳米线中的一种或几种的组合。
[0012]
进一步的，所述活性光层采用ptb7：pcbm活性层制成，厚度为150-800纳米。
[0013]
进一步的，所述阳极缓冲层的厚度为12-35纳米，阳极缓冲层的厚度不小于石墨烯阴极缓冲层的厚度3-5纳米。
[0014]
进一步的，包括以下步骤：
[0015]
制备基底；
[0016]
在基底上旋转喷涂、蒸镀偶数层片状石墨烯，形成倒圆台状石墨烯层；
[0017]
在倒圆台状石墨烯层上蒸镀阳极层；
[0018]
按质量比取1-2：2-4：5-8的石墨烯、金属纳米线和三氧化钼，蒸镀于阳极层表面，形成第一石墨烯修饰层；
[0019]
在第一石墨烯修饰层表面依次蒸镀阳极缓冲层、空穴传输层、活性光层、石墨烯导电层和石墨烯阴极缓冲层；
[0020]
按质量比取1-2：2-4：5-8的石墨烯、金属纳米线和三氧化钼进行蒸镀，形成第二石墨烯修饰层，随后蒸镀得到阴极层。
[0021]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0022]
本发明公开了一种石墨烯太阳能电池及制备方法，包括基底，基底上由下至上依次设置倒圆台状石墨烯层、阳极层、第一石墨烯修饰层、阳极缓冲层、空穴传输层、活性光层、石墨烯导电层、石墨烯阴极缓冲层、第二石墨烯修饰层和阴极层，所述阳极层与阴极层之间电性相连。本发明提供的石墨烯太阳能电池及制备方法，通过设置倒圆台状石墨烯层增加相邻层之间的接触面积，减小接触电阻，提高导电性，阳极层与阳极缓冲层之间以及阴极层与石墨烯阴极缓冲层之间分别设置第一石墨烯修饰层和第二石墨烯修饰层，可进一步降低接触电阻，提高载流子传输效率，石墨烯导电层上选择性添加纳米试剂提高导电性，光电转换效率高，稳定性强，制备方法简单、高效，实用性强，应用前景广阔。
附图说明
[0023]
图1为本发明的结构示意图；
[0024]
其中，1-基底；2-倒圆台状石墨烯层；3-阳极层；4-第一石墨烯修饰层；5-阳极缓冲层； 6-空穴传输层；7-活性光层；8-石墨烯导电层；9-石墨烯阴极缓冲层；10-第二石墨烯修饰层；11-阴极层；12-t型凹孔；13-倒圆台状石墨烯结构。
具体实施方式
[0025]
下面结合附图对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0026]
如图1所示，一种石墨烯太阳能电池，包括基底1，基底1上由下至上依次设置倒圆台状石墨烯层2、阳极层3、第一石墨烯修饰层4、阳极缓冲层5、空穴传输层6、活性光层7、石墨烯导电层8、石墨烯阴极缓冲层9、第二石墨烯修饰层10和阴极层11，阳极层 3与阴极层11之间电性相连。
[0027]
基底1采用聚乙烯或聚丙烯制成，基底1上开设若干个t型凹孔12，t型凹孔12呈方形阵列式排布，t型凹孔12内部中空。
[0028]
倒圆台状石墨烯层2包括若干个连续排列的通过若干层(偶数层)片状石墨烯叠加而成的倒圆台状石墨烯结构13，单层片状石墨烯的厚度为0.2-0.5纳米。
[0029]
优选的，每个倒圆台状石墨烯结构13均为由四层宽度由上至下递减的片状石墨烯竖向顺序折叠而成的倒圆台状结构。
[0030]
阳极层3采用银、铜或铝制成，阳极层3上涂覆石墨烯材料。
[0031]
第一石墨烯修饰层4和第二石墨烯修饰层10的厚度为5-50纳米。第一石墨烯修饰层 4和第二石墨烯修饰层10分别由石墨烯、金属纳米线和三氧化钼按1-2：2-4：5-8的质量比制备而成。
[0032]
阳极缓冲层5采用锰酸锂包覆石墨或或石墨烯材料制成。
[0033]
阳极缓冲层5的厚度为12-35纳米，阳极缓冲层5的厚度不小于石墨烯阴极缓冲层9 的厚度3-5纳米。
[0034]
空穴传输层6的厚度10-100纳米。
[0035]
活性光层7采用ptb7：pcbm活性层制成，厚度为150-800纳米。
[0036]
为提高导电性，石墨烯导电层8优选采用奇数层片状石墨烯竖向依次叠加而成，增加接触面积。
[0037]
石墨烯导电层8上可选择性涂覆纳米试剂，如碳纳米管或石墨等，提高导电性。
[0038]
石墨烯阴极缓冲层9采用二氧化钼包覆石墨烯制成。
[0039]
阴极层11采用银、铜或铝制成，阴极层11上涂覆石墨烯材料。
[0040]
一种石墨烯太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0041]
制备基底1；
[0042]
在基底1上旋转喷涂、蒸镀偶数层片状石墨烯，形成倒圆台状石墨烯层2；
[0043]
在倒圆台状石墨烯层2上蒸镀阳极层3；
[0044]
按质量比取1-2：2-4：5-8的石墨烯、金属纳米线和三氧化钼，蒸镀于阳极层3表面，形成第一石墨烯修饰层4；
[0045]
在第一石墨烯修饰层4表面依次蒸镀阳极缓冲层5、空穴传输层6、活性光层7、石墨烯导电层8和石墨烯阴极缓冲层9；
[0046]
按质量比取1-2：2-4：5-8的石墨烯、金属纳米线和三氧化钼进行蒸镀，形成第二石墨烯修饰层10，随后蒸镀得到阴极层11。
[0047]
本发明未具体描述的部分采用现有技术，未详细描述的部件采用现有产品即可，在此不做赘述。
[0048]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。