柔性电极及其制备方法和应用、柔性有机太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及柔性有机太阳能电池器件技术领域，公开了一种柔性电极及其制备方法和应用、柔性有机太阳能电池及其制备方法。所述柔性电极包括柔性基底和位于柔性基底上表面的共混薄膜；其中，所述共混薄膜的材料为金属纳米线、PEDOT:PSS和聚乙烯醇的共混物。所述方法包括：将金属纳米线分散液、PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液共混形成的共混溶液沉积于柔性基底上表面，并进行退火处理后得到柔性电极。本发明专利技术还涉及所述的柔性电极在制备柔性有机太阳能电池中的应用、柔性有机太阳能电池及其制备方法。本发明专利技术所提供的柔性有机太阳能电池具有优异的拉伸性能，并同时保持高效的能量转换效率，具有潜在的工业应用价值和发展前景。具有潜在的工业应用价值和发展前景。

【技术实现步骤摘要】
柔性电极及其制备方法和应用、柔性有机太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性有机太阳能电池器件
，具体涉及一种柔性电极及其制备方法和应用、柔性有机太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]众所周知，随着城市化水平的提高和人口的不断增长，各类生活活动对能源需求不断提升，而且能源是支撑国家经济发展与人类文明进步的重要支柱，是关乎世界和平、社会文明和人类可持续发展需要面临的首要问题。常见的如煤、石油和天然气等化石能源的不可再生能源，不但稀缺而且会产生各种各样的环境问题，因此寻找新的清洁能源和开发利用可再生的能源成为全人类必须认真对待的重大课题。
[0003]随着经济的不断发展，各国对能源短缺和环境问题不断重视，可再生的清洁能源被不停地研究与探索。在可再生能源中，扮演着重要角色的风能、地热能、生物能和水利能分别受到种种等不可抗因素的限制。相比之下，光伏能源(太阳能)作为一种取之不尽用之不竭的绿色无污染能源，被寄予厚望成为可持续发展替代能源的首选。
[0004]太阳能电池可以直接将太阳能转化为电能，因此是一种重要的可再生能源的生产方式。光伏器件迎来了以晶体硅光伏器件为核心的第一次技术发展，原材料使用单晶硅片，并且在数十年的发展中，不断更新制备技术，光伏材料也从单一的硅基太阳能电池扩展为多种无机化合物太能电池，但其生产过程中还是会产生各种各样的环境污染。不同于无机太阳能体系，有机太阳能电池作为一种清洁能源开始出现。同时它所具有的轻、薄、柔等优点赋予了有机太阳能电池可以被广泛应用的特性。甚至为了满足各种商业化的需求，比如半透明柔性发电、可穿戴移动发电等等也在被探索研究。太阳能电池器件工艺也随着对清洁能源的不断需求而不断更新生产方式，比如：单层肖特基电池、双层异质结电池、本体异质结电池、分子D
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A结电池以及叠层太阳能电池等等。而开发柔性太阳能电池无疑能够促进太阳能领域的发展与实际应用，不仅是太阳能能源开发的必然趋势，同样是未来柔性电子器件发展的重要环节。
[0005]相比之下，近年兴起的有机聚合物薄膜太阳电池具有制作工艺简单、重量轻、成本低的特点。而且，有机聚合物太阳能电池轻、薄、柔的优点是其余太阳能电池所不能企及的。当以具有柔性的聚合物柔性基底作为电池载体，所制备的柔性聚合物太阳能电池的特点更为突出，这样的电池也是真正意义上的柔性太阳能电池。柔性有机太阳能电池除具有有机聚合物太阳能电池本征具有的优势以外，还具备以下独特的应用优势：(1)可弯曲性，其具有很强的可弯曲程度，可以黏附在特殊的曲面，实现各种特殊应用场景；(2)可通过溶液成膜法制备聚合物有机太阳能电池，为大面积低成本制备柔性有机太阳能电池提供有利条件；(3)与使用易碎的玻璃作为柔性基底的传统晶体硅或其他类型的薄膜光伏器件相比较，柔性塑料或金属箔片作为柔性柔性基底材料其安全性能更好、实际生产中操作更为简便；(4)相比硅基和无机化合物太阳能电池，有机原材料制备成本低廉、来源丰富、制备工艺能
耗低；(5)柔性有机太阳能电池厚度薄，重量轻，质量功率比其他电池高几个数量级，特别适用于各种对重量有特殊要求的应用(汽车、卫星及建筑业等)。此外，在日常生活中，具有轻薄特点的柔性太阳能电池具有重要的应用前景，如遮阳帽、野外帐篷、背包及衣服等可穿戴的太阳光伏器件。开展柔性聚合物太阳能电池的研究及开发产品是必然的发展趋势，具有非常重要的意义。
[0006]然而，目前所制备的柔性有机太阳能电池在拉伸性能方面无法满足实际应用。
[0007]因此，亟需研发一种具有改进的拉伸性能的柔性电极及柔性有机太阳能电池。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的柔性有机太阳能电池拉伸性能不足的问题，提供一种柔性电极及其制备方法和应用、柔性有机太阳能电池及其制备方法。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种柔性电极，其中，所述柔性电极包括柔性基底和位于柔性基底上表面的共混薄膜；其中，所述共混薄膜的材料为金属纳米线、PEDOT:PSS和聚乙烯醇的共混物。
[0010]本专利技术第二方面提供一种第一方面所述的柔性电极的制备方法，其中，所述方法包括：将金属纳米线分散液、PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液共混形成的共混溶液沉积于柔性基底上表面，并进行退火处理后得到柔性电极。
[0011]本专利技术第三方面提供第一方面所述的柔性电极在制备柔性有机太阳能电池中的应用。
[0012]本专利技术第四方面提供一种包括第一方面所述的柔性电极的柔性有机太阳能电池。
[0013]本专利技术第五方面提供一种第四方面所述的柔性有机太阳能电池的制备方法。
[0014]通过上述技术方案，本专利技术所取得的有益技术效果如下：
[0015](1)本专利技术提供的柔性电极通过在柔性基底上形成包括金属纳米线、PEDOT:PSS与PVA的共混薄膜制得，相对于现有的柔性电极具有改进的拉伸性能，且用于制备柔性有机太阳能电池时能够使柔性有机太阳能电池获得优异的拉伸性能的同时，保持高效的能量转换效率。另外，本专利技术所制备的柔性有机太阳能电池的弯折性能良好。
[0016](2)本专利技术提供的柔性电极及柔性有机太阳能电池的制备方法简单有效。
[0017](3)与现有的柔性有机太阳能技术相比，本专利技术所提供的柔性有机太阳能电池具有优异的拉伸性能，并同时保持高效的能量转换效率，具有潜在的工业应用价值和发展前景。
具体实施方式
[0018]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0019]本专利技术第一方面提供一种柔性电极，其中，所述柔性电极包括柔性基底和位于柔性基底上表面的共混薄膜；其中，所述共混薄膜的材料为金属纳米线、PEDOT:PSS和聚乙烯醇的共混物。
[0020]在本专利技术中，在金属纳米线中掺杂PEDOT:PSS和聚乙烯醇(PVA)，形成的共混物作为柔性电极的薄膜层，能够进一步提高柔性电极的拉伸性能。
[0021]在柔性电极中，共混薄膜位于柔性基底上表面，还需要满足导电性和透过率的要求。
[0022]本专利技术选用高导电性聚(3,4
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亚乙基二氧噻吩)
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聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)与生物相容性非导电聚乙烯醇(PVA)进行交联，可以有效调节PEDOT:PSS的混合导电性能。PVA中的羟基可以与PSS的磺酸基团交联，导致PEDOT:PSS中反阴离子的数量减少。由于PVA的羟基与PSS的磺酸基之间形成化学键，PVA是还原磺酸基的良好候选材料。
[0023]同时，本专利技术中金属纳米线的一步包埋能有效降低金属纳米线的表面粗糙度，从而防止太阳能电池中光电流的泄露。
[0024]在本专利技术中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性电极，其特征在于，所述柔性电极包括柔性基底和位于柔性基底上表面的共混薄膜；其中，所述共混薄膜的材料为金属纳米线、PEDOT:PSS和聚乙烯醇的共混物。2.根据权利要求1所述的柔性电极，其中，所述柔性基底选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚酰亚胺和聚二甲基硅氧烷中的至少一种；优选地，所述柔性基底的厚度为0.1
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0.3mm。3.根据权利要求1或2所述的柔性电极，其中，所述金属纳米线选自银纳米线、金纳米线和铜纳米线中的至少一种；优选地，所述PEDOT:PSS中PEDOT与PSS的质量比为1:6；优选地，所述共混薄膜中，金属纳米线和PEDOT:PSS的质量比为0.5
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2.5:1，优选为1
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2:1；优选地，以金属纳米线的重量为基准，所述共混薄膜中聚乙烯醇的含量为20
‑
50wt％，优选为20
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30wt％；优选地，所述共混薄膜的厚度为20
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50mm。4.一种根据权利要求1
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3中任意一项所述的柔性电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将金属纳米线分散液、PEDOT:PSS溶液和聚乙烯醇溶液共混形成的共混溶液沉积于柔性基底上表面，并进行退火处理后得到柔性电极。5.根据权利要求4所述的制备方法，其中，所述沉积的方式选自旋涂、刮涂、磁控溅射、真空蒸镀或原子层沉积中的一种；优选地，所述共混溶液中金属纳米线的浓度为2.5
‑
4mg/mL；优选地，所述退火处理的条件包括：退火温度为60
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200℃，优选为80
‑
150℃；退火时间为5
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20min，优选为10
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15min。6.权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：赖文彬，刘莹，肖承义，李韦伟，李永舫，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：