一種柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 可穿戴消費(fèi)電子目前已經(jīng)開始進(jìn)入人們的生活，例如，蘋果公司（Apple Inc.)開 發(fā)出的"Apple Watch智能手表"，小米公司（Xiaomi Inc.)推出的"智能手環(huán)"，谷歌公司 (Google Inc.)研發(fā)的"谷歌眼鏡"等，這些電子設(shè)備，目前均采用鋰離子電池作為電源，然 而，未來此類可穿戴的消費(fèi)品更傾向于采用太陽能作為持續(xù)電源。因此，柔性的太陽能電池 成為人們未來需要的主要電力供應(yīng)設(shè)備之一。在此類柔性太陽能電池中，柔性且纖維狀的 太陽能電池具有更大的應(yīng)用前景，可以直接編織進(jìn)入柔性的織物，與人們常穿的衣服結(jié)合 起來。
[0003] 最近五年，鈣鈦礦太陽能電池以其高效率、低成本，易制備等特點(diǎn)引起了學(xué)術(shù)界和 工業(yè)界極大的興趣，2015年鈣鈦礦太陽能電池的效率已經(jīng)飆升至20 %。越來越多的科研人 員開始將鈣鈦礦引入到聚合物基底表面制備柔性平面狀電池，然而，平面狀的鈣鈦礦太陽 能電池不能有效的編織。研究人員開始采用直徑較粗的金屬鈦絲作為電極制備纖維狀鈣鈦 礦太陽能電池，但以金屬絲制備的鈣鈦礦電池柔性較差，且電池的穩(wěn)定性較差，因此，解決 纖維狀鈣鈦礦太陽能電池柔性差，不穩(wěn)定的缺點(diǎn)成為目前較大的難點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其通過溶 液浸漬的工藝在碳納米管纖維表面依次包裹n-Ti0 2, Hieso-TiO2，鈣鈦礦，空穴傳輸層，銀納 米線功能層，再與另外一根碳納米管纖維相互加捻后采用透明聚合物封裝，獲得了具有光 電轉(zhuǎn)換效率高，柔性且空氣中穩(wěn)定性好的柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池。
[0005] 本發(fā)明的目的還在于提供一種柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池。
[0006] 為解決上述一發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池的制備方 法，該方法包括以下步驟： 提供一碳納米管纖維作為導(dǎo)電電極； 提供另一碳納米管纖維，在其表面依次覆蓋n-TiOJl、鈣鈦礦層、空穴傳輸層及銀納米 線作為工作電極； 將所述導(dǎo)電電極和所述工作電極相互纏繞組裝形成所述柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電 池； 用透明聚合物涂布所述柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池以形成透明的保護(hù)層。
[0007] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述碳納米管纖維的直徑為10_25Mffl，其中所含碳納米 管的壁數(shù)為2-6,管徑為5-20nm〇
[0008] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述鈣鈦礦層的化學(xué)組分為CH3NH3PbI3及 CH3NH3PbI3-xClx,其中 0〈χ〈1。
[0009] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述空穴傳輸層為聚-3-己基噻吩/單壁碳納米管復(fù) 合物或2, 2'，7, 7' -四[N，N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9, 9' -螺二芴。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述銀納米線長(zhǎng)度為3〇-4〇Pm，直徑為0. 5_2Mm。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在覆蓋n-Ti02層和覆蓋鈣鈦礦層步驟之間還包括：覆 蓋 mes〇-Ti02 層。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述"提供另一碳納米管纖維，在其表面依次覆蓋 n_Ti02層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層及銀納米線作為工作電極"步驟具體為： 覆蓋n-Ti02層，采用濃度為0. 2-0. 8mol/L, pH為3-5的鈦酸丁酯溶液包裹浸潤(rùn)碳納 米管纖維2-4次，在450-500°C的空氣中處理20-40min，完成n-Ti02層的覆蓋； 覆蓋meS〇-Ti02層，將覆蓋了 n-Ti02層的碳納米管纖維置于市售的meS〇-Ti02漿料中 lOmin，取出后置于500°C的空氣環(huán)境中30min，完成meso_Ti02層的覆蓋； 覆蓋鈣鈦礦層，將覆蓋了 mes〇-Ti02層的碳納米管纖維懸空置于加熱臺(tái)上，將所述鈣 鈦礦溶液懸掛于毛細(xì)管一端，另一端固定于往復(fù)栗滑臺(tái)頂部，且所述碳納米管纖維穿過鈣 鈦礦溶液，控制加熱臺(tái)溫度為150-250°C之間，設(shè)置往復(fù)栗速度為10-20mm/min，往復(fù)運(yùn)動(dòng) 次數(shù)為30-50次，完成鈣鈦礦層的覆蓋； 覆蓋空穴傳輸層，將覆蓋了鈣鈦礦層的碳納米管纖維置于濃度為lmol/L的聚-3-己 基噻吩/單壁碳納米管復(fù)合物溶液中l(wèi)Omin，取出于空氣中自然干燥，完成空穴傳輸層的覆 蓋； 覆蓋銀納米線，將覆蓋了空穴傳輸層的碳納米管纖維置于濃度為0. 5mol/L的銀納米 線溶液2min，取出于空氣中自然干燥，完成銀納米線的覆蓋。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述透明聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，通過加捻將所述導(dǎo)電電極和所述工作電極相互纏繞組 裝，加捻時(shí)的捻距為300-600Pm。
[0015] 為實(shí)現(xiàn)上述另一發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池，其包 括：相互纏繞的導(dǎo)電電極、工作電極及包裹在所述導(dǎo)電電極和所述工作電極上的透明保護(hù) 層； 其中，所述導(dǎo)電電極為碳納米管纖維；所述工作電極在其徑向方向上，從內(nèi)到外依次包 含碳納米管纖維、n-Ti02層，mes〇-Ti02層，鈣鈦礦層，空穴傳輸層，銀納米線。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在碳納米管纖維的表面依次覆蓋n-TiOJl、鈣鈦礦 層、空穴傳輸層及銀納米線作為工作電極，再與另一碳納米管纖維加捻制備的柔性纖維狀 鈣鈦礦太陽能電池，具有光電轉(zhuǎn)換效率高，柔性好，且在空氣中的較穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)制備 工藝都是通過溶液浸漬，對(duì)設(shè)備的要求低，工藝簡(jiǎn)單。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式中柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池的制備方法步驟流程 圖。
[0018] 圖2是本發(fā)明一實(shí)施方式中柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖3a是本發(fā)明一實(shí)施方式中碳納米管纖維的掃描電鏡照片。
[0020] 圖3b是本發(fā)明一實(shí)施方式中覆蓋了 n-Ti02的碳納米管纖維的掃描電鏡照片。
[0021] 圖3c是本發(fā)明一實(shí)施方式中覆蓋了 Hies0-TiO2的碳納米管纖維的掃描電鏡照片。
[0022] 圖3d是本發(fā)明一實(shí)施方式中覆蓋了鈣鈦礦的碳納米管纖維的掃描電鏡照片。
[0023] 圖3e是本發(fā)明一實(shí)施方式中覆蓋了空穴傳輸層的碳納米管纖維的掃描電鏡照 片。
[0024] 圖3f是本發(fā)明一實(shí)施方式中覆蓋了銀納米線的碳納米管纖維的掃描電鏡照片。
[0025] 圖4是本發(fā)明一實(shí)施方式中柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率測(cè)試 圖。
[0026] 圖5是本發(fā)明一實(shí)施方式中柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池的柔性測(cè)試圖。
[0027] 圖6是本發(fā)明一實(shí)施方式中柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池的空氣中穩(wěn)定性的測(cè) 試圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 以下將結(jié)合附圖所示的【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并 不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所做出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的 變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0029] 參圖1介紹本發(fā)明的柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)的一實(shí)施方式中。該結(jié)構(gòu) 包括：相互纏繞的導(dǎo)電電極20、工作電極10及透明保護(hù)層（圖未示)，透明保護(hù)層包裹在導(dǎo) 電電極20和工作電極10上。
[0030] 工作電極10,為一碳納米管纖維上依次包裹了不同的功能層，具體地，在工作電極 10的徑向方向上，從內(nèi)到外依次包含碳納米管纖維101、n-Ti0 2102, mes〇-Ti02103,鈣鈦礦 層104,空穴傳輸層105,銀納米線106。
[0031] 導(dǎo)電電極20,為另一不加任何修飾的原始碳納米管纖維。
[0032] 工作電極10和導(dǎo)電電極20通過加捻而相互纏繞，透明保護(hù)層涂布在相互纏繞的 工作電極10和導(dǎo)電電極20上以完成柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池的封裝。
[0033] 配合參照?qǐng)D2和圖3,介紹本發(fā)明柔性纖維狀鈣鈦礦太陽能電池的制備方法的一
【具體實(shí)施方式】，該方法具體包括以下步驟： S1、提供一碳納米管纖維（圖3a)作為導(dǎo)電電極20,這里需要說明的是，碳納米管纖維 是利用化學(xué)氣相沉積法在管式爐中合成可紡碳納米管陣列，然后通過一可旋轉(zhuǎn)的探頭從碳 納米管陣列中直接紡出，得到碳納米管纖維，作為導(dǎo)電電極。優(yōu)選地，碳納米管纖維的直徑 為10-25Mm，其中所含碳納米管的壁數(shù)為2-6,管徑為5-20nm。
[0034] S2、提供另一碳納米管纖維101 (圖3a)，在其表面依次覆蓋n-TiOJl 102、鈣鈦礦 層104、空穴傳輸層105及銀納米線106作為工作電極10。其中，n-TiOJl 102為電子傳輸 層，用于收集電子；鈣鈦礦層104為光活性層，用于吸收入射光并產(chǎn)生光