一种含有石墨烯的电池板的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含有石墨烯的电池板的制备方法，涉及太阳能技术领域，包括铝层、氧化锌层、活性层、P3HT/TiO2层和ITO电极层，所述铝层、氧化锌层、活性层、P3HT/TiO2层和ITO电极层依次层叠设置，所述活性层具体为石墨烯缓冲层，本发明专利技术还公开了上述电池板的制备方法，本发明专利技术中基于水溶性聚合物为给体，水中分散的石墨烯为受体，并引入了经界面修饰的P3HT/TiO2层作为杂化电池基层，通过调控量子点的能带结构，实现、以及量子点之间的能级匹配，电池效率得到了提高，本发明专利技术的绿色太阳能电池还展示了其环保、成本低廉等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种含有石墨烯的电池板的制备方法
本专利技术涉及太阳能
，具体涉及一种含有石墨烯的电池板和一种含有石墨烯的电池板的制备方法。
技术介绍
人类对能源的需求与目前能源的利用情况有很大的不匹配，能源危机已成为目前人类亟待解决的重要问题。寻找一种清洁的可再生能源，是解决本世纪能源危机的有效手段。在目前人类开发的众多可再生能源中(风能，水能，潮汐能，太阳能等)，太阳能因其适用范围广泛，受地理因素影响较弱等特点，被人们视为最有潜力全面替代目前传统能源的新型可再生能源。太阳能电池可直接将光能转化成电能输出，且结构简单易于实现，是目前能源领域最具活力、发展最快的研究热点，受到全世界范围内的科研工作者，高科技企业，和政府相关部门的广泛关注。石墨烯的发现是纳米科学技术对提高人类生活水平的又一卓越贡献。作为碳质材料的“明星材料”，石墨烯材料的制备工艺多样，石墨烯本身具有极高的载流子迁移率，能在低维度、低密度条件下形成优异的渗透电导网络，被公认为ITO的理想替代材料；此外，石墨烯具有优异的机械柔韧性和化学稳定性，充分适应当前柔性抗静电涂层、有机薄膜太阳能电池等新型柔性器件对透明导电薄膜材料的新兴技术要求。中国专利申请号为CN201510622351.0也公开了一种具有石墨烯涂层的太阳能电池板的制备方法；所述制备方法包括在太阳能电池板表层涂覆石墨烯涂料；所述石墨烯涂料是由石墨烯、氧化石墨烯或改性氧化石墨烯分散在溶剂中配制而成的；所述溶剂选自乙醇、水、N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酚胺、二甲基亚砜、甲苯、二甲苯、正丁醇。本专利技术的工艺极为简单，只需在太阳能电池板封装之前加一步喷涂过程，而且涂层可在短时间内自动干燥，不影响后续处理；喷涂本专利技术的石墨烯涂料之后，电池板的平均光电转换效率可提高3％以上。上述电池板采用的有机溶剂，如甲苯、二甲苯等均为有毒溶剂，这与太阳能电池的“清洁、环境友好”的初衷相违背。中国专利申请号为CN201510080946.8公开了一种石墨烯薄膜及其制备方法，该方法包括：对石墨进行氧化处理形成氧化石墨；将氧化石墨溶于有机溶剂中形成氧化石墨溶液；将氧化石墨溶液涂布在导电玻璃的导电面上形成氧化石墨烯薄膜；将形成有氧化石墨稀薄膜的导电玻璃置于电解质溶液中，在预设的还原电压下进行预设时长的电化学还原处理，形成石墨烯薄膜；这样，通过电化学还原氧化石墨烯薄膜的方法获得的石墨烯薄膜的厚度较薄，可以获得单层的石墨烯薄膜，并且，实际操作较为简单。上述石墨烯薄膜虽然对太阳能电池板的导电率具有一定的提高作用，但是其综合性能，如界面电学性能、空穴收集率以及制备工艺等均存在不足。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是提供一种环保、成本低廉、工艺简单的含有石墨烯的电池板的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：所提供的一种含有石墨烯的电池板的制备方法，所述电池板包括铝层、氧化锌层、活性层、P3HT/TiO2层以及ITO电极，所述铝层、氧化锌层、活性层、P3HT/TiO2层以及ITO电极依次层叠设置，所述活性层具体为石墨烯缓冲层，所述石墨烯缓冲层是由水合肼还原氧化石墨制成，且还原过程中引入了水溶性聚噻吩衍生物P3KT；所述电池板的制备方法包括如下步骤：(1)采用水热法在ITO导电玻璃基片上制备TiO2纳米棒阵列；(2)将导电聚合物P3HT溶解在1,2,4-三氯苯溶液中，浓度为15mg/ml，充分搅拌溶解，在TiO2纳米棒阵列上旋涂P3HT的三氯苯溶液，旋涂转速为1100rpm，时间为15s，等溶剂挥发后，将所得P3HT/TiO2纳米棒阵列复合结构在真空干燥箱中下143-148℃热处理34-38min；(3)在干燥的P3HT/TiO2纳米棒阵列复合结构表面旋涂P3KT和石墨烯的混合溶液作为活性层，随之在热台上220-235℃退火30-35分钟；退火完成后，在活性层表面旋涂一层ZnO纳米粒子作为电池板的电子传输层；最后，在5×10-4Pa的真空度下，蒸镀铝电极。优选的，所述步骤(1)中还需对TiO2纳米棒阵列进行界面修饰，具体过程如下：在手套箱中用NaBH4和SeO2为原料反应制备0.04mol/L的Na2Se乙醇溶液，另配制0.04mol/L的Cd(NO3)2的乙醇溶液；先将制备的TiO2纳米棒阵列浸入Cd(NO3)2的乙醇溶液中2min，取出，用乙醇洗净烘干，然后再在Na2Se乙醇溶液中浸泡2min取出，用乙醇洗净烘干，完成6-8次沉积循环，即可得合成在TiO2纳米棒阵列上的CdSe量子点。优选的，所述石墨烯缓冲层中石墨烯的含量(质量分数)为0.1％-0.5％。优选的，所述石墨烯缓冲层中石墨烯的含量(质量分数)为0.5％。优选的，所述石墨烯缓冲层的厚度为1.01-1.08nm。优选的，所述石墨烯缓冲层的制备过程如下：(1)氧化石墨的合成：a)首先，在一个两颈瓶中加入4ml浓硫酸，加热至80℃后，加入0.83克过硫酸钾，由于过硫酸钾在空气中易水解，所以这部操作要快；之后，取1.0克石墨粉加入反应物中，搅拌均匀；80℃反应4小时后，冷却至室温，加入170ml去离子水，隔夜放置；用布氏漏斗反复抽滤、洗涤反应物3-4次，将滤饼隔夜干燥；b)在一个三颈瓶中加入40ml浓硫酸，以0℃冰水浴冷却三颈瓶，将上一步反应所得滤饼加入浓硫酸中，随后缓慢加入5.0克高锰酸钾，用温度计监测反应温度，使其控制在10℃一下；待反应稳定后，撤去冰水浴，反应器缓慢升温至35℃，反应2小时；随后，以0℃冰水浴冷却三颈瓶，向反应物中缓慢加入85ml去离子水，温度控制在50℃以下；反应2小时后，向反应物中加入235ml水，随后加入7ml双氧水，可观测到反应物迅速冒泡，呈亮黄色；隔夜放置反应物，倒去上清液，布氏漏斗抽滤，用335ml盐酸和335ml的去离子水反复洗涤，直至上清液PH值约为7；将所得反应物透析一周后，用旋转蒸发仪干燥，可得固体片状样品，放在电子防潮箱中待用；(2)将步骤(1)中制备出的氧化石墨置于水合肼溶液中进行还原处理，同时，向溶液中加入一定量的水溶性聚噻吩衍生物P3KT，所述P3KT的含量为(质量分数)4.0％-5.0％。优选的，所述步骤(2)中P3KT的含量为(质量分数)4.8％。优选的，所述步骤(3)中退火处理具体为233℃退火32分钟。优选的，所述步骤(3)中P3HT/TiO2层的厚度为25nm。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术制备的电池板包括铝层、氧化锌层、活性层、P3HT/TiO2层以及ITO电极，通过引入石墨烯缓冲层作为活性层，石墨烯微米尺寸的π-π共轭二维平面使其具有很大的比表面积，在与聚合物共混时，可获得更多的给受体界面，在保证电荷分离效率的基础上，还可以提供电子传输的连续通道，为提高聚合物太阳能电池能量转换效率提供了有利条件。同时，在ITO电极上加入了P3HT/TiO2层，以无机量子点作为界面修饰剂，通过调控量子点的能带结构，实现了量子点之间的能级匹配，电池效率得到了提高，最大效率达到0.59％；一方面量子点可作为共敏化剂，提高杂化电池对太阳光的吸收利用；另一方面界面修饰可以提高激子在与界面的分离效率；此外，由于量子点中间层的引入，引起界面能带的调整，从而提高界面电子复合电阻，减少复合；此外，本专利技术中活性层和P3HT/T本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有石墨烯的电池板的制备方法，其特征在于，所述电池板包括铝层、氧化锌层、活性层、P3HT/TiO2层以及ITO电极，所述铝层、氧化锌层、活性层、P3HT/TiO2层以及ITO电极依次层叠设置，所述活性层具体为石墨烯缓冲层，所述石墨烯缓冲层是由水合肼还原氧化石墨制成，且还原过程中引入了水溶性聚噻吩衍生物P3KT；所述电池板的制备方法包括如下步骤：(1)采用水热法在ITO导电玻璃基片上制备TiO2纳米棒阵列；(2)将导电聚合物P3HT溶解在1,2,4‑三氯苯溶液中，浓度为15mg/ml，充分搅拌溶解，在TiO2纳米棒阵列上旋涂P3HT的三氯苯溶液，旋涂转速为1100rpm，时间为15s，等溶剂挥发后，将所得P3HT/TiO2纳米棒阵列复合结构在真空干燥箱中下143‑148℃热处理34‑38min；(3)在干燥的P3HT/TiO2纳米棒阵列复合结构表面旋涂P3KT和石墨烯的混合溶液作为活性层，随之在热台上220‑235℃退火30‑35分钟；退火完成后，在活性层表面旋涂一层ZnO纳米粒子作为电池板的电子传输层；最后，在5×10

【技术特征摘要】
1.一种含有石墨烯的电池板的制备方法，其特征在于，所述电池板包括铝层、氧化锌层、活性层、P3HT/TiO2层以及ITO电极，所述铝层、氧化锌层、活性层、P3HT/TiO2层以及ITO电极依次层叠设置，所述活性层具体为石墨烯缓冲层，所述石墨烯缓冲层是由水合肼还原氧化石墨制成，且还原过程中引入了水溶性聚噻吩衍生物P3KT；所述电池板的制备方法包括如下步骤：(1)采用水热法在ITO导电玻璃基片上制备TiO2纳米棒阵列；(2)将导电聚合物P3HT溶解在1,2,4-三氯苯溶液中，浓度为15mg/ml，充分搅拌溶解，在TiO2纳米棒阵列上旋涂P3HT的三氯苯溶液，旋涂转速为1100rpm，时间为15s，等溶剂挥发后，将所得P3HT/TiO2纳米棒阵列复合结构在真空干燥箱中下143-148℃热处理34-38min；(3)在干燥的P3HT/TiO2纳米棒阵列复合结构表面旋涂P3KT和石墨烯的混合溶液作为活性层，随之在热台上220-235℃退火30-35分钟；退火完成后，在活性层表面旋涂一层ZnO纳米粒子作为电池板的电子传输层；最后，在5×10-4Pa的真空度下，蒸镀铝电极。2.根据权利要求1所述的一种含有石墨烯的电池板的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中还需对TiO2纳米棒阵列进行界面修饰，具体过程如下：在手套箱中用NaBH4和SeO2为原料反应制备0.04mol/L的Na2Se乙醇溶液，另配制0.04mol/L的Cd(NO3)2的乙醇溶液；先将制备的TiO2纳米棒阵列浸入Cd(NO3)2的乙醇溶液中2min，取出，用乙醇洗净烘干，然后再在Na2Se乙醇溶液中浸泡2min取出，用乙醇洗净烘干，完成6-8次沉积循环，即可得合成在TiO2纳米棒阵列上的CdSe量子点。3.根据权利要求1所述的一种含有石墨烯的电池板的制备方法，其特征在于：所述石墨烯缓冲层中石墨烯的含量(质量分数)为0.1％-0.5％。4.根据权利要求3所述的一种含有石墨烯的电池板的制备方法，其特征在于：所述石墨烯缓冲层中石墨烯的含量(质...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华照，
申请(专利权)人：力博特电源科技广州有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44