一种Sb-二氧化锡-AgNWs/CBS-GNs柔性薄膜太阳能电池及其制备方法技术

一种Sb‑SnO2‑AgNWs/CBS‑GNs柔性薄膜太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池领域，首先，将购置超细银纳米线分散到离子液(EMIMBF4)和超纯水(体积比1:10)混合溶液中，搅拌，得到AgNWs均匀分散液，利用旋涂沉积技术将AgNWs沉积在聚对苯二甲酸丁二酯(PET)基底上制备柔性电极；其次，在SnO2前驱体溶液中同时引入Sb

【技术实现步骤摘要】
一种Sb-二氧化锡-AgNWs/CBS-GNs柔性薄膜太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种Sb-SnO2-AgNWs/CBS-GNs柔性薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
太阳能电池是大规模利用太阳能转化为电能的重要技术基础，发展太阳能电池是缓解经济发展与能源及环境之间矛盾的“绿色”新技术，其中，利用光电效应为工作机理的晶硅太阳能电池已发展相对成熟，而基于光化学效应的第三代薄膜太阳能电池还处于实验研究阶段，但已呈现出良好发展前景和商业化趋势。近年来，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池光电转换效率已从最初3.8%快速提升并超过20.0%，但稳定性一直不是很理想，所采用电子传输层主要为TiO2、ZnO、SnO2和Zn2SnO4等，这些金属氧化物需要经过高温退火处理才可以形成良好结晶态，且多沉积在铟锡氧化物(ITO)、掺氟氧化锡(FTO)和掺铝氧化锌(AZO)等硬质衬底上，无法兼容柔性基底，限制了其应用范围。柔性太阳能电池因具备轻便、可折叠、可穿戴、成本低等特点受到了研究者广泛关注。探索低温溶液方法，并基于柔性基底以旋涂沉积或卷对卷工艺实现规模化制备、降低生产成本，不但可以提高其适应性和应用范围，还可以大大缓解能源危机和环境污染等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种原料储备丰富、富有创新性、光电性质优越、柔韧性好、应用范围广、适应性强、安全环保的Sb-SnO2-silvernanowires/Cu4Bi4S9-graphenenanosheets(简称Sb-SnO2-AgNWs/CBS-GNs)薄膜太阳能电池及其制备方法，不但可以避免硅基太阳能电池成本高、资源储量有限瓶颈，还可以解决其他薄膜太阳能电池制备条件苛刻、柔韧性差、应用范围窄等问题。基于上述目的，本专利技术采取如下技术方案：为制备Sb-SnO2-AgNWs/CBS-GNs柔性薄膜太阳能电池，首先，将购置超细银纳米线分散到离子液(EMIMBF4)和超纯水(体积比1:10)混合溶液中，搅拌，得到AgNWs均匀分散液，利用旋涂沉积技术将AgNWs沉积在聚对苯二甲酸丁二酯(PET)基底上制备柔性电极；其次，在SnO2前驱体溶液中同时引入Sb3+掺杂和AgNWs，旋涂沉积得到Sb-SnO2-AgNWs电子传输层；最后，在CBS纳米带溶液中引入适量GNs(0.8~1.2wt%)获得CBS-GNs，沉积CBS-GNs光敏层、NiOx空穴传输层和金属对电极，组装成薄膜太阳能电池。具体地，Sb-SnO2-AgNWs/CBS-GNs柔性薄膜太阳能电池的制备过程如下：（1）将PEDOT:PSS沉积到PET基底上；然后将AgNWs分散到EMIMBF4和超纯水（体积比为1:5~10）的混合溶液中得到AgNWs分散液，每1mgAgNWs需要1ml~1.2ml的混合溶液；将AgNWs分散液沉积到PEDOT:PSS上，80℃干燥，得到AgNWs电极；（2）制备Sb-SnO2-AgNWs电子传输层；（3）制备CBS-GSs混合溶液：先制备CBS胶体溶液，将预处理过的GNs加入CBS胶体溶液中搅拌至少12小时得到CBS-GNs混合溶液；以CBS和GSs总质量计，GSs质量百分含量：0.8~1.2wt%；（4）将CBS-GNs混合溶液沉积到ZTO-AgNWs电子传输层上，140~160℃下保持30~40h，得到CBS-GNs光敏层。（5）磁控溅射沉积NiOx空穴传输层，在空穴传输层上蒸镀Au对电极，即得，其中，CBS是指Cu4Bi4S9，GNs是指石墨烯纳米片。进一步地，所述Sb-SnO2-AgNWs电子传输层的制备过程如下：将SnCl4·5H2O均匀分散到异丙醇中，搅拌，得到0.04~0.06M均匀分散液；同时将SbCl3溶解到乙醇中得到SbCl3的乙醇溶液，将SbCl3的乙醇溶液添加到分散液中，搅拌，得到Sb-SnO2前驱体溶液，Sb-SnO2前驱体溶液中，Sb占Sb和SnO2总量的0.8~1.2wt%；AgNWs占Sb-SnO2和AgNWs总量的0.2~1.6wt%；将AgNWs加入到上述混合溶液，AgNWs占Sb-SnO2和AgNWs总量的0.2~1.6wt%，搅拌使AgNWs均匀分散到Sb-SnO2前驱体溶液中，将Sb-SnO2-AgNWs前驱体溶液旋涂沉积到AgNWs电极上，依次在100℃下干燥10min、150℃下加热2h、红外线加热30min(红外线波长范围760-1500nm，加热温度100~130℃，优选120℃)，得到Sb-SnO2-AgNWs电子传输层。上述过程中，AgNWs（银纳米线）的直径均≤20nm。上述制备方法制得的Sb-SnO2-AgNWs/CBS-GNs柔性薄膜太阳能电池，包括PET基底，基底层自下而上依次设有PEDOT:PSS层、AgNWs电极层、Sb-SnO2-AgNWs电子传输层、CBS-GNs光敏层、NiOx空穴传输层、Au对电极层，其中，PEDOT:PSS层厚度为15nm，AgNWs电极层厚度为45nm，Sb-SnO2-AgNWs电子传输层厚度为70nm，CBS-GNs光敏层厚度为700nm，NiO空穴传输层厚度为25nm，Au对电极层厚度为20nm。本专利技术通过引入PEDOT:PSS改善AgNWs与PET接触；将AgNWs分散到EMIMBF4和水混合溶液中，提高AgNWs分散性及其内部电学接触；同时引入Sb3+掺杂和AgNWs提高SnO2电子传输能力和电子萃取；将GNs均匀分散到CBS纳米带中，利用两者丰富接触界面提高光生电荷分离效率；沉积NiOx空穴传输层提高空穴萃取。本专利技术相对现有技术，具备以下优点：Sb-SnO2-AgNWs/CBS-GNs柔性薄膜太阳能电池具有原料储备丰富、富有创新性、光电性质优越、柔韧性好、应用范围广、适应性强、安全环保等特点，在实验室阶段平均光电转换效率已达12.3%，最佳光电转换效率已超过13.0%；用平镊1000次折弯后仍然呈现出良好柔韧性，光电转换效率保持在88%以上。在新型清洁能源领域，可以解决硅基太阳能电池成本高、资源储备有限瓶颈；该太阳能电池完全采用低温溶液过程，基于柔性基底可利用小尺寸沉积设备、以卷对卷滚轴制备工艺实现批量生产和规模化制备、降低生产成本，具有广泛应用前景。附图说明图1中：(a)为AgNWs表面形貌；(b)为实施例1制得的Sb-SnO2-AgNWs表面形貌；图2中：(a)为实施例1制得的Sb-SnO2-AgNWs/CBS-GNs异质结表面光伏响应；(b)为实施例1制得的Sb-SnO2-AgNWs/CBS-GNs异质结随外电场诱导表面光伏响应；图3中：(a)为实施例1制得的Sb-SnO2-AgNWs/CBS-GNs薄膜太阳能电池外量子效率光谱(IPCE)；(b)为实施例1制得的Sb-SnO2-AgNWs/CBS-GNs薄膜太阳能电池J-V曲线；图4中：(a)为Sb-SnO2-AgNWs/CBS-GNs光电转换效率随AgNWs质量百分含量变化关系曲线；(b)为Sb-SnO2-AgNWs/CBS-GNs随折弯次数光电转换效率保持率。具体实施方式以下以具体实施例来说明本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不限于此。下述实施例中(3,4-乙烯二氧噻吩)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Sb‑SnO2‑AgNWs/CBS‑GNs柔性薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将PEDOT:PSS沉积到PET基底上；然后将AgNWs分散到EMIMBF4和超纯水的混合溶液中得到AgNWs分散液，将AgNWs分散液沉积到PEDOT:PSS上，干燥，得到AgNWs电极；（2）制备Sb‑SnO2‑AgNWs电子传输层；（3）制备CBS‑GSs混合溶液：先制备CBS胶体溶液，将预处理过的GNs加入CBS胶体溶液中搅拌至少12 小时得到CBS‑GNs混合溶液；（4）将CBS‑GNs混合溶液沉积到Sb‑SnO2‑AgNWs电子传输层上， 140~160℃下保持30~40 h，得到CBS‑GNs光敏层；（5）磁控溅射沉积NiOx空穴传输层，在空穴传输层上蒸镀Au对电极，即得，其中，CBS是指Cu4Bi4S9，GNs是指石墨烯纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种Sb-SnO2-AgNWs/CBS-GNs柔性薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将PEDOT:PSS沉积到PET基底上；然后将AgNWs分散到EMIMBF4和超纯水的混合溶液中得到AgNWs分散液，将AgNWs分散液沉积到PEDOT:PSS上，干燥，得到AgNWs电极；（2）制备Sb-SnO2-AgNWs电子传输层；（3）制备CBS-GSs混合溶液：先制备CBS胶体溶液，将预处理过的GNs加入CBS胶体溶液中搅拌至少12小时得到CBS-GNs混合溶液；（4）将CBS-GNs混合溶液沉积到Sb-SnO2-AgNWs电子传输层上，140~160℃下保持30~40h，得到CBS-GNs光敏层；（5）磁控溅射沉积NiOx空穴传输层，在空穴传输层上蒸镀Au对电极，即得，其中，CBS是指Cu4Bi4S9，GNs是指石墨烯纳米片。2.根据权利要求1所述Sb-SnO2-AgNWs/CBS-GNs柔性薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，EMIMBF4和超纯水混合溶液中EMIMBF4和超纯水的体积比为1:（5~10），每1mgAgNWs需要1ml~1.2ml的混合溶液。3.根据权利要求1所述Sb-SnO2-AgNWs/CBS-GNs柔性薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述Sb-SnO2-AgNWs电子传输层的制备过程如下：将SnCl4·5H2O均匀分散到异丙醇中，搅拌，得到0.04~0.06M均匀分散液；同时将SbCl3溶解到乙醇中得到SbCl3的乙醇溶液，将SbCl3的乙醇溶液添加到分散液中，搅拌，得到Sb-SnO2前驱体溶液；将AgNWs加入到上述混合溶液，搅拌使AgNWs均匀分散到Sb-SnO...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向阳，牛晨，顾玉宗，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南,41