本征可拉伸的纤维状太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种本征可拉伸的纤维状太阳能电池及其制备方法，该方案包括以下步骤：使用弹性纤维作为本征可拉伸弹性纤维基底；对该基底进行预拉伸，并固定于牵引涂覆机构上；通过牵引涂覆机构将高导电涂层依次均匀涂覆于基底上，得到本征可拉伸的纤维状导电基底电极；制备电子传输层溶液，并通过牵引涂覆机均匀涂覆于电极上；制备吸光层溶液，并均匀涂覆于电子传输层上；制备空穴传输层溶液，并均匀涂覆于吸光层上得到工作电极；将对电极缠绕于工作电极上形成双轴缠绕结构。本申请解决了现有的可拉伸纤维电池存在的器件性能较低、拉伸性能较差、拉伸性能不可恢复的问题。拉伸性能不可恢复的问题。拉伸性能不可恢复的问题。

【技术实现步骤摘要】
本征可拉伸的纤维状太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纤维状太阳能电池
，具体涉及本征可拉伸的纤维状太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，可直接佩戴于人体或织物上的穿戴电子设备得到了迅速发展，从而对其能源供给系统提出了更高的要求，如轻质、小尺寸、高柔性以及可适应频繁形变等。
[0003]一维纤维状太阳能电池在保持高性能的同时，还可以将其编织成具有与可穿戴电子设备匹配的电化学性能的透气纺织品，在可穿戴电子设备领域显示出巨大的应用潜力。然而，目前所研究的纤维电池通常可以满足柔性的要求，却很难适应人体各种高频、复杂形变，可拉伸纤维电池可有效解决上述问题。但是，目前针对可拉伸纤维状电池的研究较少，这主要受限于本征可拉伸纤维导电基底电极的限制，目前所用的纤维电池基本采用硬质的导电金属丝为基底电极，有一定的柔性，却不具备可拉伸性能。
[0004]针对上述这种情况，目前的办法是通过一种妥协的方式来保证导电性的同时实现一定的拉伸性能，即通过结构性形变来实现拉伸性能，通俗地说，就是将金属丝连续螺旋弯曲，通过外力形变的方式使其成为弹簧结构，然后再基于该弹簧结构，涂覆各功能材料，最后与对电极组装，形成具有一定结构性可拉伸的纤维状电池。基于这种结构形变的纤维电池，在较小形变范围内具备稳定的可拉伸性能，但是，当形变量稍大(如>30％)时，这种电池器件会因为形变量较大而失去弹性，无法恢复到原长度。而且这种结构形变而赋予的拉伸性较低，面对高形变时，失去恢复能力，不可重复使用，不适合应用于复杂、高频形变的人体可穿戴。此外，基于这种弹簧结构的纤维电池器件的光电转化效率普遍较低(如，可拉伸有机纤维电池最高效率为1.23％，平均效率为0.7％)，很难用于可穿戴器件供电。
[0005]同时即便解决了本征可拉伸导电基底的问题，如何使得制备的可拉伸纤维电池具有较高的光电转换效率也存在较大的挑战性。
[0006]因此，纤维状太阳能电池在拉伸的同时保持高的器件性能方面，仍具有较大挑战。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种本征可拉伸的纤维状太阳能电池及其制备方法。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用了以下技术方案：本征可拉伸的纤维状太阳能电池制备方法包括以下步骤：
[0009]使用弹性纤维作为本征可拉伸导电纤维基底；
[0010]对该本征可拉伸纤维基底进行预拉伸，并固定于牵引涂覆机构上；
[0011]通过牵引涂覆机构将高导电涂层依次均匀涂覆于本征可拉伸纤维基底上，待涂覆完毕后，将本征可拉伸纤维基底置于室温干燥，得到本征可拉伸的纤维状导电基底电极；
[0012]制备电子传输层溶液，并通过牵引涂覆机构均匀涂覆于本征可拉伸的纤维状导电
基底电极上；
[0013]制备吸光层溶液，并通过牵引涂覆机构均匀涂覆于电子传输层上；
[0014]制备空穴传输层溶液，并通过牵引涂覆机构均匀涂覆于吸光层上，得到工作电极；
[0015]将对电极缠绕于工作电极上形成双轴缠绕结构，得到本征可拉伸的纤维状太阳能电池；
[0016]其中，高导电涂层以及各功能层的涂覆均是在本征可拉伸导电纤维基底已经进行预拉伸并保持拉伸状态的前提下涂覆的。
[0017]进一步地，本征可拉伸导电纤维基底在涂覆高导电涂层前至少进行0
‑
500％程度的预拉伸。
[0018]进一步地，高导电涂层包括Ag NWs分散液和ITO NPs分散液。也可以是其他高导电材料的分散液。
[0019]进一步地，Ag NWs分散液通过多次涂覆以确保导电性。
[0020]进一步地，Ag NWs分散液的浓度为1～20mg/mL，ITO NPs分散液的浓度为0.1～5wt％。
[0021]进一步地，弹性纤维在涂覆高导电层前，先对其表面进行清洁、干燥即等离子体处理。
[0022]进一步地，电子传输层溶液至少包括PDINO、ZnO纳米晶、ZnO纳米颗粒及TiO2致密薄膜的一种，吸光层溶液的原料包括有机光伏材料。
[0023]进一步地，吸光层溶液的总浓度为1～50mg/mL。
[0024]进一步地，对本征可拉伸的纤维状导电基底电极进行拉伸性能测试，并记录不同拉伸条件下的电阻变化。
[0025]进一步地，对制备得到的本征可拉伸的纤维状太阳能电池进行拉伸性能测试，并记录不同拉伸条件下的光伏性能变化。
[0026]本征可拉伸的纤维状太阳能电池，通过上述本征可拉伸的纤维状太阳能电池制备方法制得。
[0027]有益效果：1、与现有技术的柔性概念相比，本申请在提出了可拉伸性的新概念，与柔性概念有所不同，两者并不是一种概念。同时正是因为本申请的可拉伸性的新概念，使得制备得到的纤维电池在获得本征可拉伸的前提下，具备高性能、拉伸性能好的特点，从而解决了现有的可拉伸纤维电池存在的器件性能较低、拉伸性能较差、拉伸性能不可恢复的问题；
[0028]2、与现有技术相比，本申请制备得到的基底电极可在拉伸60％的情况下保持电阻低于20Ω
·
cm
‑1，并在高于200％的拉伸形变的同时保持高导电性，基于该基底电极制备而得的电池具有高光电转换效率的同时，还能够在拉伸10％，20％，30％，以及40％时，分别能保持高于92％，90％，89％，以及76％的初始性能，而且该本征可拉伸的形变是可恢复的，具体地，当施加30％拉伸形变的应力释放后，该电池可以迅速恢复到原始长度，器件性能也可以恢复初始性能的95％以上。该纤维电池具有良好的耐用性以及稳定性，可在10％的拉伸形变下，重复拉伸1000次，器件可保持80％以上的光电转化性能。即便在30％的形变下，也可重复拉伸使用100次左右。
附图说明
[0029]图1为本专利技术方法的流程图；
[0030]图2为本专利技术提供的本征可拉伸纤维状太阳能电池的制备以及结构示意图；
[0031]图3为本专利技术提供的不同程度“预拉伸”制备的纤维电极在不同拉伸应变时的电阻变化图；
[0032]图4为本专利技术制备的不同结构的纤维电极在60％拉伸应变时经历5次拉伸
‑
回复循环的电阻变化图；
[0033]图5为本专利技术制备的本征可拉伸纤维电极在30％拉伸应变下重复拉伸20000以上的电阻变化图；
[0034]图6为本专利技术制备的本征可拉伸纤维状太阳能电池的光电转换效率图；
[0035]图7为本专利技术制备的预拉伸后的本征可拉伸纤维状太阳能电池拉伸不同程度后的器件性能变化图；
[0036]图8为本专利技术制备的本征可拉伸纤维状太阳能电池在30％拉伸应变前后的性能曲线图；
[0037]图9为本专利技术制备的本征可拉伸纤维状太阳能电池在拉伸过程中光生电流的实时变化图；
[0038]图10为本专利技术制备的本征可拉伸纤维状太阳能电池反复拉伸300以及500次之后的器件性能图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本征可拉伸的纤维状太阳能电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：使用弹性纤维作为本征可拉伸纤维基底，并对该本征可拉伸弹性纤维基底进行预拉伸，并固定于牵引涂覆机构上；通过所述牵引涂覆机构将高导电涂层依次均匀涂覆于所述本征可拉伸纤维基底上，待涂覆完毕后，将所述本征可拉伸弹性纤维基底置于室温干燥，得到本征可拉伸的纤维状导电基底电极；制备电子传输层溶液，并通过所述牵引涂覆机构均匀涂覆于所述本征可拉伸的纤维状导电基底电极上；制备吸光层溶液，并通过所述牵引涂覆机构均匀涂覆于电子传输层上；制备空穴传输层溶液，并通过所述牵引涂覆机构均匀涂覆于吸光层上得到工作电极；将对电极缠绕于所述工作电极上形成双轴缠绕结构，得到本征可拉伸的纤维状太阳能电池；其中，高导电涂层以及各功能层的涂覆均是在本征可拉伸导电纤维基底已经进行预拉伸并保持拉伸状态的前提下涂覆的。2.根据权利要求1所述的本征可拉伸的纤维状太阳能电池制备方法，其特征在于，所述高导电涂层包括Ag NWs分散液和ITO NPs分散液。3.根据权利要求2所述的本征可拉伸的纤维状太阳能电池制备方法，其特征在于，所述Ag NWs分散液通过多次涂覆以确保导电性。4.根据权利要求2所述的本征可拉伸的纤维状太阳能电池制备方法，其特征在于，所述Ag NWs分...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳佃义，吕丹，
申请(专利权)人：西湖大学，
类型：发明
国别省市：