一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：提供一碳纳米管纤维作为导电电极；提供另一碳纳米管纤维，在其表面依次覆盖n-TiO2层、钙钛矿层、空穴传输层及银纳米线作为工作电极；将导电电极和工作电极相互缠绕组装形成柔性纤维状钙钛矿太阳能电池；采用透明聚合物涂布柔性纤维状钙钛矿太阳能电池以形成保护层。与现有技术相比，本发明专利技术通过在碳纳米管纤维的表面依次覆盖n-TiO2层、钙钛矿层、空穴传输层及银纳米线作为工作电极，再与另一碳纳米管纤维加捻制备的柔性纤维状钙钛矿太阳能电池，具有光电转换效率高，柔性好，且在空气中的较稳定的优点。其制备工艺都是通过溶液浸渍，对设备的要求低，工艺简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电池
，尤其涉及一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池及 其制备方法。
技术介绍
可穿戴消费电子目前已经开始进入人们的生活，例如，苹果公司（Apple Inc.)开 发出的"Apple Watch智能手表"，小米公司（Xiaomi Inc.)推出的"智能手环"，谷歌公司 (Google Inc.)研发的"谷歌眼镜"等，这些电子设备，目前均采用锂离子电池作为电源，然 而，未来此类可穿戴的消费品更倾向于采用太阳能作为持续电源。因此，柔性的太阳能电池 成为人们未来需要的主要电力供应设备之一。在此类柔性太阳能电池中，柔性且纤维状的 太阳能电池具有更大的应用前景，可以直接编织进入柔性的织物，与人们常穿的衣服结合 起来。 最近五年，钙钛矿太阳能电池以其高效率、低成本，易制备等特点引起了学术界和 工业界极大的兴趣，2015年钙钛矿太阳能电池的效率已经飙升至20 %。越来越多的科研人 员开始将钙钛矿引入到聚合物基底表面制备柔性平面状电池，然而，平面状的钙钛矿太阳 能电池不能有效的编织。研究人员开始采用直径较粗的金属钛丝作为电极制备纤维状钙钛 矿太阳能电池，但以金属丝制备的钙钛矿电池柔性较差，且电池的稳定性较差，因此，解决 纤维状钙钛矿太阳能电池柔性差，不稳定的缺点成为目前较大的难点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池的制备方法，其通过溶 液浸渍的工艺在碳纳米管纤维表面依次包裹n-Ti0 2, Hieso-TiO2，钙钛矿，空穴传输层，银纳 米线功能层，再与另外一根碳纳米管纤维相互加捻后采用透明聚合物封装，获得了具有光 电转换效率高，柔性且空气中稳定性好的柔性纤维状钙钛矿太阳能电池。 本专利技术的目的还在于提供一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池。 为解决上述一专利技术目的，本专利技术提供一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池的制备方 法，该方法包括以下步骤： 提供一碳纳米管纤维作为导电电极； 提供另一碳纳米管纤维，在其表面依次覆盖n-TiOJl、钙钛矿层、空穴传输层及银纳米 线作为工作电极； 将所述导电电极和所述工作电极相互缠绕组装形成所述柔性纤维状钙钛矿太阳能电 池； 用透明聚合物涂布所述柔性纤维状钙钛矿太阳能电池以形成透明的保护层。 作为本专利技术的进一步改进，所述碳纳米管纤维的直径为10_25Mffl，其中所含碳纳米 管的壁数为2-6,管径为5-20nm〇 作为本专利技术的进一步改进，所述钙钛矿层的化学组分为CH3NH3PbI3及 CH3NH3PbI3-xClx,其中 0〈χ〈1。 作为本专利技术的进一步改进，所述空穴传输层为聚-3-己基噻吩/单壁碳纳米管复 合物或2, 2'，7, 7' -四-9, 9' -螺二芴。 作为本专利技术的进一步改进，所述银纳米线长度为3〇-4〇Pm，直径为0. 5_2Mm。 作为本专利技术的进一步改进，在覆盖n-Ti02层和覆盖钙钛矿层步骤之间还包括：覆 盖 mes〇-Ti02 层。 作为本专利技术的进一步改进，所述"提供另一碳纳米管纤维，在其表面依次覆盖 n_Ti02层、钙钛矿层、空穴传输层及银纳米线作为工作电极"步骤具体为： 覆盖n-Ti02层，采用浓度为0. 2-0. 8mol/L, pH为3-5的钛酸丁酯溶液包裹浸润碳纳 米管纤维2-4次，在450-500°C的空气中处理20-40min，完成n-Ti02层的覆盖； 覆盖meS〇-Ti02层，将覆盖了 n-Ti02层的碳纳米管纤维置于市售的meS〇-Ti02浆料中 lOmin，取出后置于500°C的空气环境中30min，完成meso_Ti02层的覆盖； 覆盖钙钛矿层，将覆盖了 mes〇-Ti02层的碳纳米管纤维悬空置于加热台上，将所述钙 钛矿溶液悬挂于毛细管一端，另一端固定于往复栗滑台顶部，且所述碳纳米管纤维穿过钙 钛矿溶液，控制加热台温度为150-250°C之间，设置往复栗速度为10-20mm/min，往复运动 次数为30-50次，完成钙钛矿层的覆盖； 覆盖空穴传输层，将覆盖了钙钛矿层的碳纳米管纤维置于浓度为lmol/L的聚-3-己 基噻吩/单壁碳纳米管复合物溶液中lOmin，取出于空气中自然干燥，完成空穴传输层的覆 盖； 覆盖银纳米线，将覆盖了空穴传输层的碳纳米管纤维置于浓度为0. 5mol/L的银纳米 线溶液2min，取出于空气中自然干燥，完成银纳米线的覆盖。 作为本专利技术的进一步改进，所述透明聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯。 作为本专利技术的进一步改进，通过加捻将所述导电电极和所述工作电极相互缠绕组 装，加捻时的捻距为300-600Pm。 为实现上述另一专利技术目的，本专利技术提供一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池，其包 括：相互缠绕的导电电极、工作电极及包裹在所述导电电极和所述工作电极上的透明保护 层； 其中，所述导电电极为碳纳米管纤维；所述工作电极在其径向方向上，从内到外依次包 含碳纳米管纤维、n-Ti02层，mes〇-Ti02层，钙钛矿层，空穴传输层，银纳米线。 与现有技术相比，本专利技术通过在碳纳米管纤维的表面依次覆盖n-TiOJl、钙钛矿 层、空穴传输层及银纳米线作为工作电极，再与另一碳纳米管纤维加捻制备的柔性纤维状 钙钛矿太阳能电池，具有光电转换效率高，柔性好，且在空气中的较稳定的优点。同时制备 工艺都是通过溶液浸渍，对设备的要求低，工艺简单。【附图说明】 图1是本专利技术一实施方式中柔性纤维状钙钛矿太阳能电池的制备方法步骤流程 图。 图2是本专利技术一实施方式中柔性纤维状钙钛矿太阳能电池的结构示意图。 图3a是本专利技术一实施方式中碳纳米管纤维的扫描电镜照片。 图3b是本专利技术一实施方式中覆盖了 n-Ti02的碳纳米管纤维的扫描电镜照片。 图3c是本专利技术一实施方式中覆盖了 Hies0-TiO2的碳纳米管纤维的扫描电镜照片。 图3d是本专利技术一实施方式中覆盖了钙钛矿的碳纳米管纤维的扫描电镜照片。 图3e是本专利技术一实施方式中覆盖了空穴传输层的碳纳米管纤维的扫描电镜照 片。 图3f是本专利技术一实施方式中覆盖了银纳米线的碳纳米管纤维的扫描电镜照片。 图4是本专利技术一实施方式中柔性纤维状钙钛矿太阳能电池的光电转换效率测试 图。 图5是本专利技术一实施方式中柔性纤维状钙钛矿太阳能电池的柔性测试图。 图6是本专利技术一实施方式中柔性纤维状钙钛矿太阳能电池的空气中稳定性的测 试图。【具体实施方式】 以下将结合附图所示的【具体实施方式】对本专利技术进行详细描述。但这些实施方式并 不限制本专利技术，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的 变换均包含在本专利技术的保护范围内。 参图1介绍本专利技术的柔性纤维状钙钛矿太阳能电池结构的一实施方式中。该结构 包括：相互缠绕的导电电极20、工作电极10及透明保护层（图未示)，透明保护层包裹在导 电电极20和工作电极10上。 工作电极10,为一碳纳米管纤维上依次包裹了不同的功能层，具体地，在工作电极 10的径向方向上，从内到外依次包含碳纳米管纤维101、n-Ti0 2102, mes〇-Ti02103,钙钛矿 层104,空穴传输层105,银纳米线106。 导电电极20,为另一不加任何修饰的原始碳纳米管纤维。 工作电极10和导电电极20通过加捻而相互缠绕，透明保护层涂布在相互缠绕的 工作电极10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：提供一碳纳米管纤维作为导电电极；提供另一碳纳米管纤维，在其表面依次覆盖n‑TiO2层、钙钛矿层、空穴传输层及银纳米线作为工作电极；将所述导电电极和所述工作电极相互缠绕组装形成所述柔性纤维状钙钛矿太阳能电池；用透明聚合物涂布所述柔性纤维状钙钛矿太阳能电池以形成透明的保护层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李清文，李儒，
申请(专利权)人：苏州捷迪纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32