一種柔性薄膜太陽(yáng)能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，涉及一種用作光電轉(zhuǎn)換的電氣元件，特別
【背景技術(shù)】
[0002]柔性薄膜太陽(yáng)能電池是世界太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的新興技術(shù)產(chǎn)品，它是由樹(shù)脂包封的吸光層作為光電元件平鋪在柔性材料制成的底板上制成的太陽(yáng)能電池，由于其具有可彎曲折疊，便于攜帶的顯著優(yōu)點(diǎn)，因此其用途廣泛。然而傳統(tǒng)柔性薄膜太陽(yáng)能電池的制備過(guò)程中，對(duì)設(shè)備要求高，工藝過(guò)程受襯底耐溫性差(特別是聚合物襯底，如P1、PET、PEN等)的限制；使得柔性薄膜電池的制備成本高，電池效率較低，這大大限制了柔性薄膜電池特別是透明襯底柔性薄膜電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
[0003]由于In203:Sn02 (ITO)具有高可見(jiàn)光透光率、低電阻的特點(diǎn)，目前的光電子器件中多采用ITO作為電極，但其存在以下缺點(diǎn):1、ITO中的銦有劇毒，在制備和應(yīng)用中對(duì)人體有害；2、ITO中的In2O3價(jià)格昂貴，成本較高；3、ITO薄膜易受到氫等離子體的還原作用，功效降低，這種現(xiàn)象在低溫、低等離子體密度下也會(huì)發(fā)生；4、在柔性襯底上的ITO薄膜會(huì)因?yàn)槿嵝砸r底的彎曲而出現(xiàn)電導(dǎo)率下降的現(xiàn)象。
[0004]石墨烯是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的二維碳原子晶體，是一種單層的石墨材料，它是目前碳質(zhì)材料的研宄重點(diǎn)。石墨烯是一種沒(méi)有能隙的物質(zhì)，它具有很高的載流子迀移率。在石墨烯中，電子的運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度，因此，石墨烯具有非常好的導(dǎo)電性。同時(shí)，石墨烯幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。因此，石墨烯是一種透明、良好的導(dǎo)體，是ITO的良好的代替品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種以石墨烯薄膜作為電極的柔性薄膜太陽(yáng)能電池。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]一種柔性薄膜太陽(yáng)能電池，由上至下依次包括石墨烯正電極層、光伏材料層和石墨烯負(fù)電極層，所述伏材料層由CdTe納米顆粒制得。
[0008]特別的，所述柔性薄膜太陽(yáng)能電池還包括設(shè)置在石墨烯正電極上部的上基底和設(shè)置在石墨烯負(fù)電極下部的下基底。
[0009]特別的，所述上基底和/或下基底為PI薄膜層。
[0010]特別的，光伏材料層厚度為200-400nm。
[0011]特別的，石墨烯正電極為P型摻雜石墨烯，其厚度為0.3-3nm。
[0012]特別的，石墨稀負(fù)電極為η型摻雜石墨稀，其厚度為0.3-3nm。
[0013]特別的，所述石墨烯正負(fù)電極層的透光率彡85%，常溫電子迀移率彡15000cm2/V.S。
[0014]進(jìn)一步，所述光伏材料層由以下方法制得:
[0015]I)、制備Cd前驅(qū)體:取氧化鎘、油酸和十八烯并混合加熱至255-265°C得Cd前驅(qū)體；
[0016]2)、制備Te前驅(qū)體:首先取單質(zhì)Te并加入三辛基膦加熱溶解，然后向溶液中加入十八烯并混合均與得Te前驅(qū)體；
[0017]3)、混合離心:首先將Te前驅(qū)體快速加入Cd前驅(qū)體中，然后迅速升溫至255-265?進(jìn)行反應(yīng)，接著向反應(yīng)所得混合溶液中加入乙醇甲苯混合溶液，最后離心分離前述混合溶體得到CdTe晶體；
[0018]4)、分散過(guò)濾:將步驟3)所得晶體加入吡啶溶劑，然后向吡啶溶劑中加入正己烷，接著利用0.2 μ m過(guò)濾器過(guò)濾得到納米晶吡啶溶液；
[0019]5)、旋涂干燥:將步驟4)所得納米晶吡啶溶液旋涂與石墨烯電極表面、干燥得到CdTe薄膜。
[0020]進(jìn)一步，步驟I)氧化鎘、油酸和十八烯的質(zhì)量比為1:8.833:125，步驟2) Te、三辛基膦和十八烯的質(zhì)量比為1:18.35:20.83。
[0021]進(jìn)一步，步驟4)將晶體加入吡啶溶劑后于110_120°C保溫10_13h后在加入正己烷，步驟5)旋涂的吡啶溶液濃度為85-120mg/mL，干燥時(shí)退火溫度為180-220°C，時(shí)間為2_5min0
[0022]本發(fā)明的有益效果在于:
[0023]本發(fā)明采用石墨烯作為電極，具有高度的柔性，電極在高度變形的條件下導(dǎo)電率幾乎不發(fā)生變換，而且該電極的耐久性、耐腐蝕、耐輻射性能優(yōu)異，受外界環(huán)境影響極小，另夕卜，石墨烯電極還具有電子傳輸率高、環(huán)境友好、透光率高等優(yōu)點(diǎn)，全面克服了傳統(tǒng)ITO電極存在的問(wèn)題。本發(fā)明光伏材料由CdTe納米顆粒制成，對(duì)全波段可見(jiàn)光吸收率高，可以大幅提高可見(jiàn)光的吸收率。本發(fā)明的柔性薄膜太陽(yáng)能制備方法簡(jiǎn)單，具有潛在開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明:
[0025]圖1為實(shí)施例1中基于石墨烯的柔性薄膜太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0027]實(shí)施例1:
[0028]本實(shí)施例的柔性薄膜太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)如圖1所示:
[0029]從上至下依次包括:
[0030]上基底1、石墨烯正電極2、光伏材料層3、石墨烯負(fù)電極4和下基底5 ;
[0031]本實(shí)施例中:
[0032]上基底I和下基底5為PI薄膜(也可是其他透光薄膜)，其厚度為100微米；
[0033]光伏材料層由CdTe納米顆粒制得，其厚度為200_400nm ；
[0034]石墨烯正電極為P型摻雜石墨烯，其厚度為0.5nm，具體摻雜方法為:將石墨烯電極置于濃度為0.01-0.lmg/mL的AuCl3溶液中10-30分鐘。
[0035]石墨稀負(fù)電極為P型摻雜石墨稀，其厚度為0.5nm。
[0036]具體摻雜方法為:將石墨稀電極置于濃度為0.1-lOmg/mL的2_ (2-甲氧苯基)-1,3-二甲基-2，3-雙氫-1H-苯并咪唑溶液(簡(jiǎn)稱o-MeO-DMBI溶液)中10-30分鐘。
[0037]其中，石墨烯正負(fù)電極層的透光率彡85%，常溫電子迀移率彡15000cm2/V.S。
[0038]本實(shí)施例的柔性薄膜太陽(yáng)能電池采用如下方法制得:
[0039]一、利用化學(xué)氣相沉積、物理轉(zhuǎn)移的方法將大片石墨烯轉(zhuǎn)移到PI基底上，形成基板，包括正極基板和負(fù)極基板，負(fù)極基板在下(有石墨烯的一面朝上)作太陽(yáng)能電池的負(fù)極，正極基板在上(有石墨烯的一面朝下)作太陽(yáng)能電池的正極。
[0040]二、制備CdTe納米晶:
[0041 ] 1、制備Cd前驅(qū)體:將480mg氧化鎘(CdO)、4.24g油酸(OA)、60g十八烯(ODE)加入到200mL的三口燒瓶中，在真空下加熱至80°C并保持該溫度5分鐘，然后在氮?dú)鈿夥障聰嚢杓訜嶂?60°C直至溶液澄清透明，得到Cd前驅(qū)體。
[0042]2、制備Te前驅(qū)體:將240mg Te加入到5.3mL三辛基膦(TOP)中加熱攪拌至其完全溶解為澄清透明溶液，然后加入5g ODE混合均勻，得到Te前驅(qū)體(TOP-Te)；
[0043]3、混合離心:首先將Te前驅(qū)體快速加入Cd前驅(qū)體中，溶液溫度立即降為250°C、溶液顏色立刻變?yōu)楹谏{(diào)整加熱爐使其溫度迅速保持在260°C，接著向反應(yīng)所得混合溶液中加入體積比為5:1的乙醇甲苯混合溶液洗滌納米晶體，最后4000rpm轉(zhuǎn)速下離心分離前述混合溶體得到CdTe晶體，重復(fù)洗滌4次，留存?zhèn)溆茫?br>[0044]4、分散過(guò)濾:將步驟3)所得晶體加入吡啶溶劑，在115°C攪拌回流12h直至吡啶充分置換納米晶表面的三辛基氧化膦(TOPO)分子，然后向吡啶溶劑中加入正己烷，接著離心分離并將所得CdTe晶體再次分散在吡啶溶劑，最后利用0.2 μ m過(guò)濾器過(guò)濾得到10mg/mL的納米晶吡啶溶液；
[0045]5、旋涂干燥:將步驟4)所得納米晶R比啶溶液以800rpm的速度旋涂于石墨稀電極表面、200 °C退火3min得到CdTe薄膜。
[0046]四、將含有石墨烯的透明上基板轉(zhuǎn)移到CdTe薄膜上，完成電池的組裝。
[0047]本發(fā)明的太陽(yáng)能電池具有高度的柔性，電極在高度變形的條件下導(dǎo)電率幾乎不發(fā)生變換，且耐久、耐腐蝕、耐輻射性能優(yōu)異，受外界環(huán)境影響極小，全面克服了傳統(tǒng)ITO電極存在的問(wèn)題。本發(fā)明光伏材料由CdTe納米顆粒制成，對(duì)全波段可見(jiàn)光吸收率高，可以大幅提高可見(jiàn)光的吸收率。
[0048]最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于:由上至下依次包括石墨烯正電極層、光伏材料層和石墨烯負(fù)電極層，所述伏材料層由CdTe納米顆粒制得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于:還包括設(shè)置在石墨烯正電極上部的上基底和設(shè)置在石墨烯負(fù)電極下部的下基底。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述上基底和/或下基底為PI薄膜層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于:光伏材料層厚度為200_400nmo
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于:石墨烯正電極為P型摻雜石墨稀，其厚度為0.3-3nm0
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于:石墨烯負(fù)電極為η型摻雜石墨稀，其厚度為0.3-3nm0
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述石墨烯正負(fù)電極層的透光率彡85%，常溫電子迀移率彡15000cm2/V.S。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于:所述光伏材料層由以下方法制得: 1)、制備Cd前驅(qū)體:取氧化鎘、油酸和十八烯并混合加熱至255-265?得Cd前驅(qū)體； 2)、制備Te前驅(qū)體:首先取單質(zhì)Te并加入三辛基膦加熱溶解，然后向溶液中加入十八烯并混合均與得Te前驅(qū)體； 3)、混合離心:首先將Te前驅(qū)體快速加入Cd前驅(qū)體中，然后迅速升溫至255-265°C進(jìn)行反應(yīng)，接著向反應(yīng)所得混合溶液中加入乙醇甲苯混合溶液，最后離心分離前述混合溶體得到CMTe晶體； 4)、分散過(guò)濾:將步驟3)所得晶體加入吡啶溶劑，然后向吡啶溶劑中加入正己烷，接著利用0.2 μ m過(guò)濾器過(guò)濾得到納米晶吡啶溶液； 5)、旋涂干燥:將步驟4)所得納米晶吡啶溶液旋涂與石墨烯電極表面、干燥得到CdTe薄膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于:步驟I)氧化鎘、油酸和十八烯的質(zhì)量比為1:8.833:125，步驟2)Te、三辛基膦和十八烯的質(zhì)量比為1:18.35:20.83。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述柔性薄膜太陽(yáng)能電池，其特征在于:步驟4)將晶體加入吡啶溶劑后于110-120°C保溫10-13h后再加入正己烷，步驟5)旋涂的吡啶溶液濃度為85-120mg/mL，干燥時(shí)退火溫度為180_220°C，時(shí)間為2_5min。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種柔性薄膜太陽(yáng)能電池，由上至下依次包括上基底、石墨烯正電極層、光伏材料層、石墨烯負(fù)電極層和下基底，所述伏材料層由CdTe納米顆粒制得，其中上基底和/或下基底為PI薄膜層，光伏材料層厚度為200-400nm，石墨烯正電極為p型摻雜石墨烯，其厚度為0.3-3nm，石墨烯負(fù)電極為n型摻雜石墨烯，其厚度為0.3-3nm。本發(fā)明柔性薄膜太陽(yáng)能電池，具有高度的柔性，且耐久、耐腐蝕、耐輻射性能優(yōu)異，受外界環(huán)境影響極小，全面克服了傳統(tǒng)ITO電極存在的問(wèn)題。本發(fā)明光伏材料由CdTe納米顆粒制成，可以大幅提高可見(jiàn)光的吸收率。
【IPC分類】H01L31-0224, H01L31-0296, H01L31-18
【公開(kāi)號(hào)】CN104638034
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510080761
【發(fā)明人】魏大鵬, 賈樹(shù)明, 焦天鵬, 楊俊 , 史浩飛, 杜春雷
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年2月13日