[实用新型]一种使用石墨烯透明电极的太阳能电池

说明书

技术领域

本实用新型为新型薄膜太阳能电池器件的设计和制备技术领域，具体涉及一种使用石墨烯透明电极的太阳能电池，是石墨烯薄膜在钙钛矿型太阳电池结构中作为透明电极层的结构设计及应用。

背景技术

随着化石能源的日益枯竭和其使用所带来的高昂的环境成本，可再生清洁能源的开发和利用受到广泛的关注。太阳能光伏发电技术和产品在全球范围内得到了高速增长，成为最具潜力的清洁能源。近年来发现的钙钛矿型太阳能电池由于高转换效率、低成本、环境友善、可挠式产品化等优点备受关注。

透明电极是钙钛矿型太阳能电池结构中的关键部分之一，起到将太阳电池产生的光电流传导到外电路的作用。透明电极需要具有以下特性：高导电性、高透光率以及产业化需要的柔性(可挠性)；此外，在大规模生产的要求下，还需要具有低成本、易合成、适合大规模制备等特点。目前常用的透明电极为FTO(掺氟氧化锡)、ITO(氧化铟锡)、AZO(掺铝氧化锌)等，这类金属氧化物半导体类的透明电极除了具备90％左右较高透光率的优势之外，其导电性、可挠性均较差；此外其生产大多需要使用磁控溅射、原子沉积、激光沉积、化学气相沉积、分子束外延等高耗能的制备方法和相应设备，成本高，制备条件苛刻。因此亟需一种可以代替其的新型透明电极材料。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种使用石墨烯透明电极的太阳能电池，使用石墨烯及石墨烯衍生物材料作为钙钛矿型太阳电池的透明电极层的电池结构替代原结构中的透明电极，其导电性、透光率及可挠性大大优于前述的半导体金属氧化物。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种使用石墨烯透明电极的太阳能电池，包括石墨烯透明电极102以及与石墨烯透明电极102间隔开的金属对电极层112，在石墨烯透明电极102和金属对电极层之间设置有钙钛矿活性层108，在石墨烯透明电极102和钙钛矿活性层108之间设置有材料层，金属对电极层112和钙钛矿活性层108之间设置有材料层，所述的材料层包括空穴传输层和或半导体致密层和或电子传输层。

本实用新型所提供的太阳电池包括石墨烯透明电极即第一电极、与所述第一电极间隔开的金属对电极层、以及在所述第一电极和金属对电极层之间设置的至少一层钙钛矿活性层及其他电子、空穴传输层。本实用新型具有高导电性、高透光率以及产业化需要的可挠性；此外，在大规模生产的要求下，还需要具有低成本、易合成、适合大规模制备等特点。

附图说明

图1为钙钛矿型太阳电池器件实施例一的示意图。

图2为钙钛矿型太阳电池器件实施例二的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例一

参照图1，一种使用石墨烯透明电极的太阳能电池，包括石墨烯透明电极102以及与石墨烯透明电极102间隔开的金属对电极层112，在石墨烯透明电极102和金属对电极层之间设置有钙钛矿活性层108，在石墨烯透明电极102和钙钛矿活性层108之间设置有材料层104和106，材料层104为半导体致密层104，材料层106为电子传输层，金属对电极层112和钙钛矿活性层108之间设置有材料层110，材料层110为空穴传输层。

1、石墨烯透明电极层102：该薄膜可以采用化学气相沉积法、机械剥离法、外延生长法、固相热解法、溶液氧化石墨法以及聚合反应合成法等方法进行制备。特别的，采用溶液氧化石墨方法并经过还原制备的经还原的氧化石墨烯特别易于大规模、低成本地进行合成，同时利用卷对卷制备技术，如狭缝涂布、刮刀涂布、丝网印刷、凹版印刷、喷墨涂布、喷墨印刷等进行大规模生产。厚度可以为1-100nm；该层另一特点为柔性，大大改善了传统半导体金属氧化物透明电极的易碎性。

2、材料层104是在石墨烯透明电极上形成的与钙钛矿活性层材料能级匹配的半导体致密层104(通常为二氧化钛或氧化锌)，厚度为20-150nm。

3、电子传输层106，通常为介孔二氧化钛，使用溶胶凝胶法制备介观粒子溶胶后，退火烧结制备。也可以使用富勒烯类电子传输层材料代替。厚度为100-2000nm