一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池制造技术

本发明专利技术属于石墨烯制备和应用技术领域，具体为一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池。所述的基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池自下而上包括：衬底(1)、石墨烯阳极(2)、空穴传输层(3)、有机无机杂化光活性层(4)、电子传输层(5)、反射阴极(6)，其特征在于：所述石墨烯阳极(2)为三层薄膜结构，包括第一石墨烯层(201)、Ag纳米颗粒层（202）和第二石墨烯层(203)，所述的第一石墨烯层(201)、Ag纳米颗粒层（202）和第二石墨烯层(203)成的三明治结构，所述的第一石墨烯层(201)的厚度为10‑20 nm，Ag纳米颗粒层（202）厚度0.5‑2 nm，第二石墨烯层(203)的厚度为20‑40 nm。

An organic-inorganic hybrid solar cell based on graphene

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池
本专利技术属于石墨烯制备和应用
，具体为一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池。
技术介绍
当今社会，经济的迅猛发展带来了诸如能源危机和全球变暖等严峻问题，可再生清洁能源的发展与利用已经受到全世界的广泛关注。区别于煤、石油、天然气等传统能源，太阳能是一种绿色、清洁、可再生能源，取之不尽用之不竭，有潜力成为未来能源供给中的重要组成部分。太阳能电池作为一种光电转换器件，其研究与应用已经受到越来越多的重视。与成本高昂的硅基太阳能电池相比，有机无机杂化太阳能电池采用钙钛矿半导体材料作为光活性层，具有成本低廉、光吸收系数高、质地轻、柔韧性好、制造工艺简单等特点。随着近年来国内外相关研究的不断深入，有机无机杂化太阳能电池的光电转换效率和稳定性不断提升。传统的有机无机杂化太阳能电池使用氧化铟锡ITO作为透明电极，但是ITO电极存在一系列问题，主要表现在：1、铟资源是稀有资源且不可再生，价格高昂。2、ITO的脆性，高温条件下的差的导电性限制了ITO在包括柔性器件等诸多特殊领域的应用。近来，碳纳米管、石墨烯、导电高分子聚合物等材料在透明电极方面展现出良好的应用前景，具有良好的柔性，但是上述材料在导电性和透光率两方面不能兼得所以，提供一种新的有机无机杂化太阳能电池成为我们要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，以解决上述
技术介绍
中提出的氧化铟锡ITO作为透明电极，价格高昂，特殊领域应用性较差的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：作为本专利技术的一个方面，提供了一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，自下而上包括：衬底、石墨烯阳极、空穴传输层、有机无机杂化光活性层、电子传输层、反射阴极，所述石墨烯阳极为三层薄膜结构，包括第一石墨烯层、Ag纳米颗粒层和第二石墨烯层，所述的第一石墨烯层、Ag纳米颗粒层和第二石墨烯层成的三明治结构，所述的第一石墨烯层的厚度为10-20nm，Ag纳米颗粒层厚度0.5-2nm，第二石墨烯层的厚度为20-40nm。优选的，所述的衬底包括但不限于玻璃、石英等硬质透明衬底以及PET、PEN、PI、PC及PDMS等聚合物柔性衬底，所述衬底在可见光波段的平均透光率高于90％。优选的，所述空穴传输层包括但不限于CuPc、PbPc、PETDOT:PSS、CuSCN、CuI、NiOx、PbI、MoO3、WO3和V2O5，所述空穴传输层厚度为10-50nm。优选的，所述有机无机杂化光活性层为CH3NH3PbI3，所述的有机无机杂化光活性层的厚度为200-1000nm。优选的，所述电子传输层，所述电子传输层为ZnO氧化锌、TiO2二氧化钛、C60、C70、PCBM中的一种，所述电子传输层(5)的厚度为20～50nm；优选的，所述反射阴极包括Au金、Ag银、Al铝、Cu铜中的一种，所述反射阴极厚度为50-1000nm。作为本专利技术的另一个方面，提供了一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池的制备方法，所述的有机无机杂化太阳能电池制备包括如下步骤，S1、清洗衬底：将在衬底依次置于去离子水、丙酮、异丙醇和去离子水中超声清洗10-20min，清洗完成后用氮气枪吹干，吹干后在254nm的紫外灯下照射处理20分钟待用；S2、制备石墨烯阳极：在衬底上依次制备第一石墨烯层、Ag纳米颗粒层和第二石墨烯层；S3、制备空穴传输层：采用热蒸镀法或者旋转涂覆法，在有机光活性层上制备一层厚度10-50nm的空穴传输层；S4、制备有机无机杂化光活性层：在空穴传输层上旋涂PbI2的二甲基亚砜溶液，并在70℃下退火15min，以蒸发有机溶剂，旋涂时的转速为2000-3500r/min，旋涂的时间为30-60s；将上述基片浸泡在CH3NH3I的异丙醇溶液中，在60℃温度下保持5-20min，以保证PbI2与CH3NH3I这两种材料充分反应；所得基片用异丙醇冲洗后，放在100℃加热板上退火30-100min；S5、制备电子传输层：采用热蒸镀法或者旋转涂覆法，在有机无机杂化光活性层上制备一层厚度20-50nm的电子传输层；S6、制备反射阴极：采用热蒸镀在空穴传输层上蒸镀一层厚度为100-1000nmAu金、Ag银、Al铝、Cu铜作为不透明的金属反射阴极，完成器件的制备。进一步的，所述石墨烯阳极的制备包括步骤：在衬底上转移第一石墨烯层，第一石墨烯层薄膜通过化学气相沉积方法在铜箔表面制备，并通过转移至衬底上，其厚度为10-20nm；在上述石墨烯薄膜上通过热沉积的方法生长Ag纳米颗粒层；Ag纳米颗粒层的生长在超高真空镀膜机中通过热蒸发金属Ag完成，沉积过程中，控制设备内真空度为小于5×10-4Pa，Ag纳米颗粒的沉积速度控制在0.005-0.01nm/s，以利于控制Ag纳米颗粒在石墨烯表面的尺寸；在上述Ag纳米颗粒层上转移第二石墨烯层，第二石墨烯层薄膜通过化学气相沉积方法在铜箔表面制备，并通过转移至Ag纳米颗粒层上，其厚度为20-40nm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用石墨烯作为有机无机杂化太阳能电池的透明电极，石墨烯具备极佳可见光透过性和导电性，有利于更多的光子进入有机太阳能电池的光活性层，也有利于电子的收集，并最终有利于提高电池的效率。石墨烯具备极强的稳定性，抗腐蚀性强，与溶液工艺兼容，不但有利于后续有机太阳能电池的各种溶液工艺的进行，更有利于提高电池的寿命。(2)本专利技术热蒸镀沉积技术制备Ag纳米颗粒，通过对沉积速率的调控，达到改变Ag纳米颗粒尺寸的目的，并实现对石墨烯电极性能的调控。(3)本专利技术的基于石墨烯复合透明电极的有机无机杂化太阳能电池不仅具有良好的透光率、导电性、柔性及稳定性；而且具有生产成本低、光电转化效率高，易于柔性集成、适合太阳能电池大规模工业生产的应用。附图说明图1为本专利技术的石墨烯阳极结构示意图；图2为本专利技术的基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池结构示意图；图3为本专利技术的基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池制作流程示意图。图中：1-衬底，2-石墨烯阳极，3-空穴传输层，4-有机无机杂化光活性层，5、电子传输层，6-反射阴极。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参阅图1-3，本专利技术提供一种技术方案：一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，自下而上包括：衬底1、石墨烯阳极2、空穴传输层3、有机无机杂化光活性层4、电子传输层5、反射阴极6，所述石墨烯阳极2为三层薄膜结构，包括第一石墨烯层201、Ag纳米颗粒层202和第二石墨烯层203，所述的第一石墨烯层201、Ag纳米颗粒层202和第二石墨烯层203形成的三明治结构，所述的第一石墨烯层201的厚度为10-20nm，Ag纳米颗粒层202厚度0.5-2nm，第二石墨烯层203的厚度为20-40nm；所述的衬底1包括但不限于玻璃、石英等硬质透明衬底以及PET、PEN、PI、PC及PDMS等聚合物柔性衬底，所述衬底在可见光波段的平均透光率高于90％；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，自下而上包括：衬底(1)、石墨烯阳极(2)、空穴传输层(3)、有机无机杂化光活性层(4)、电子传输层(5)、反射阴极(6)，其特征在于：所述石墨烯阳极(2)为三层薄膜结构，包括第一石墨烯层(201)、Ag纳米颗粒层（202）和第二石墨烯层(203)，所述的第一石墨烯层(201)、Ag纳米颗粒层（202）和第二石墨烯层(203)成的三明治结构，所述的第一石墨烯层(201)的厚度为10‑20 nm，Ag纳米颗粒层（202）厚度0.5‑2 nm，第二石墨烯层(203)的厚度为20‑40 nm。

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，自下而上包括：衬底(1)、石墨烯阳极(2)、空穴传输层(3)、有机无机杂化光活性层(4)、电子传输层(5)、反射阴极(6)，其特征在于：所述石墨烯阳极(2)为三层薄膜结构，包括第一石墨烯层(201)、Ag纳米颗粒层（202）和第二石墨烯层(203)，所述的第一石墨烯层(201)、Ag纳米颗粒层（202）和第二石墨烯层(203)成的三明治结构，所述的第一石墨烯层(201)的厚度为10-20nm，Ag纳米颗粒层（202）厚度0.5-2nm，第二石墨烯层(203)的厚度为20-40nm。2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，其特征在于：所述的衬底(1)包括但不限于玻璃、石英等硬质透明衬底以及PET、PEN、PI、PC及PDMS等聚合物柔性衬底，所述衬底在可见光波段的平均透光率高于90％。3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，其特征在于：所述空穴传输层(3)包括但不限于CuPc、PbPc、PETDOT:PSS、CuSCN、CuI、NiOx、PbI、MoO3、WO3和V2O5，所述空穴传输层(3)厚度为10-50nm。4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，其特征在于：所述有机无机杂化光活性层(4)为CH3NH3PbI3，所述的有机无机杂化光活性层(4)的厚度为200-1000nm。5.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，其特征在于：所述电子传输层(5)为ZnO氧化锌、TiO2二氧化钛、C60、C70、PCBM中的一种，所述电子传输层(5)的厚度为20～50nm。6.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，其特征在于：所述反射阴极(6)包括Au金、Ag银、Al铝、Cu铜中的一种，所述反射阴极(6)厚度为50-1000nm。7.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池的制备方法，其特征在于：器件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱洋，邵蓉，
申请(专利权)人：南京旭羽睿材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32