[发明专利]一种石墨烯太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯太阳能电池，所述石墨烯太阳能电池的光阳极包括第一电极层(302)、纳米晶膜以及设置在纳米晶膜表面的染料层(301)，其特征在于，所述纳米晶膜是由石墨烯层(102)包覆的半导体纳米线芯(101)组成的复合薄膜，所述纳米线芯(101)水平设置在预置有(002)织构的所述第一电极层(302)表面，通过沉积掩模(500)在所述纳米线芯(101)外层沉积形成所述石墨烯层(102)。本发明的石墨烯太阳电池中石墨烯是与太阳光线入射方向平行的方向设置在电极层上，从而减少了石墨烯层对太阳光线的吸收，增加了染料敏化剂中激活电子的数量和电子的传导效率，从而增加的太阳能电池的光效率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种石墨烯太阳能电池及其制备方法。

背景技术

1991年瑞士洛桑高等理工学院教授首次报道了染料敏化太阳能电池的研究工作，这种电池具有廉价、高效、制作工艺要求低、寿命长的优点，为低成本太阳电池的研制开辟了新途径，成为近年来太阳能电池领域的研究热点。

染料敏化太阳能电池由光阳极、电解质和阴极组成，其中光阳极是由形成于电极层上的半导体纳米晶膜与其表面吸附的光敏染料组成。染料敏化太阳能电池的工作原理为：当染料分子吸收太阳光时，其电子跃迁至激发态，由于激发态不稳定，染料分子与半导体发生相互作用，电子迅速转移至较低能级的半导体导带，而空穴则留在染料中，电子随后扩散至电极层经外电路产生光电流；同时，处于氧化态的染料分子被电解质还原，被氧化的电解质在阴极接受电子还原成基态，从而完成电子的整个传输过程。

目前染料敏化太阳能电池的光电能量转换效率已突破11.0％，但是要大规模商业化应用，该转换效率还需进一步提高。限制染料敏化太阳能电池光电能量转换效率的因素有很多，其中光生电子在半导体纳米晶膜中传输时与电解质的复合是最主要的因素。

另外，由于染料敏化太阳能电池在投入实际使用时需要提供更大的输出电压，因此已经尝试将多个染料敏化太阳能电池连接成一个染料敏化太阳能电池模块。用于形成染料敏化太阳能电池模块的方法包括制造单个染料敏化太阳能电池，然后利用接线将单个染料敏化太阳能电池连接成染料敏化太阳能电池模块。然而，在该方法中需要使用接线连接每个单个染料敏化太阳能电池，因此该存在制造工艺复杂的问题。

另一方面，目前针对染料敏化太阳能电池，传统使用的基底材料为玻璃基底。但是近几年，在需要染料敏化电池具有弹性的情况下已经开始采用弹性基底作为基底材料。然而，当具有弹性的基底用于染料敏化太阳能电池模块的基底材料时，单个染料敏化太阳能电池是通过金属浆料连接，容易发生基底弯曲时基底位置产生差异的问题，相邻染料敏化太阳能电池的电极层之间的距离容易产生变化。因此，造成金属浆料与电极层之间分开，导致连接失败的问题。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种石墨烯太阳能电池及其制备方法。本发明的石墨烯太阳能电池通过将在预置有(002)织构的电极层表面设置水平在所述电极层上定向排列的半导体纳米线芯，通过沉积掩模在纳米线芯外层沉积石墨烯层，然后使用氧化石墨烯修饰在金属电极层的半导体纳米线之间的空间中，形成所述石墨烯与电极层竖直垂直的结构，并且，所述石墨烯形成在所述半导体纳米线的外层。从而使得石墨烯层尽可能减少对太阳光的吸收，并且通过石墨烯与半导体纳米线的复合，增加了太阳光激活电子的传输效率。另外本发明还提供了一种石墨烯太阳能电池模块，通过采用具有弹性的树脂基底对多个太阳能电池进行连接，能够减少太阳能电池电极层由于在使用过程中产生的错位问题。

本发明提供了一种石墨烯太阳能电池，所述石墨烯太阳能电池的光阳极包括第一电极层、纳米晶膜以及设置在纳米晶膜表面的染料层，所述纳米晶膜是由石墨烯层包覆的半导体纳米线芯组成的复合薄膜，所述纳米线芯水平设置在预置有(002)织构的所述第一电极层表面，通过沉积掩模在所述纳米线芯外层沉积形成所述石墨烯层。