[发明专利]一种基于石墨烯的半透明太阳能电池

说明书

技术领域

本发明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半透明太阳能电池。

背景技术

随着工业社会的不断发展，人类对能源的需求量与日俱增，特别是近些年 来，国际原油价格的不断上升，进一步引起了人们对能源问题的重视。以太阳能电池为核心的光伏产业直接将太阳能转化成电能，是目前人类可以利用的最 清洁的能源之一，是公认的“绿色能源”。近年来一种基于钙钛矿结构的ABX3(X代表卤族元素)材料在最近几年引起了光伏研究领域的极大关注，并且广泛应用于高效太阳电池的技术研究。经过短短6年的发展，到目前为止，钙钛矿太阳电池的最高认证效率已达到了21％。因其突飞猛进的光电转换效率和极为丰富的材料来源，被《Science》评选为2013年十大科学突破之一。

传统的钙钛矿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。

半透明太阳能电池在发电的同时，可以保证屋内采光要求，适用于大厦窗户、外墙、天窗和屋顶等建筑结构。传统半透明钙钛矿太阳能电池多采用Mg、Al、Ag或者它们的合金作为透明电极，由于需要电极需要透明，所以金属电极的厚度很薄，一般在十几或者数十纳米之间。但是由于CH3NH3PbI3钙钛矿层在水氧作用下碘的析出，极易造成薄的金属电极的腐蚀，从而对器件性能造成毁灭性的破坏，降低电池的寿命。

所以，提供一种新的半透明太阳能电池成为我们要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于石墨烯的半透明太阳能电池，以解决上述背景技术中提出的氧化铟锡ITO作为透明电极，价格高昂，以及传统的半透明太阳能电池透明金属电极易于被腐蚀导致器件寿命低下的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

作为本发明的一个方面，提供了一种基于石墨烯的半透明太阳能电池，自下而上包括：衬底、石墨烯阳极、阳极修饰层、钙钛矿光活性层、阴极修饰层、石墨烯阴极，其特征在于：所述石墨烯阳极为三层薄膜结构，包括石墨烯第一阳极层、PETDOT:PSS第二阳极层和石墨烯第三阳极层，所述的石墨烯第一阳极层、PETDOT:PSS第二阳极层和石墨烯第三阳极层成的三明治结构，所述的石墨烯第一阳极层的厚度为5-15 nm，PETDOT:PSS第二阳极层厚度20-50 nm，石墨烯第三阳极层的厚度为15-30 nm；所述石墨烯阴极为三层薄膜结构，包括石墨烯第一阴极层、Ag纳米线第二阴极层和石墨烯第三阴极层，所述的石墨烯第一阴极层、Ag纳米线第二阴极层和石墨烯第三阴极层成的三明治结构，所述的石墨烯第一阴极层的厚度为5-15 nm，Ag纳米线第二阴极层厚度2-5 nm，石墨烯第三阴极层的厚度为15-30 nm。

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，所述阳极修饰层为CuPc、PbPc、PETDOT:PSS、CuSCN、CuI、NiOx、PbI、MoO3、WO3和V2O5中的一种或者多种，所述阳极修饰层厚度为20 nm。

优选的，所述钙钛矿光活性层为CH3NH3PbI3，所述的钙钛矿光活性层的厚度为200-1000 nm。

优选的，所述阴极修饰层包括但不限于ZnO氧化锌、TiO2二氧化钛、C60、C70、PCBM，所述阴极修饰层的厚度为30 nm。

作为本发明的第二个方面，提供了一种基于石墨烯的半透明太阳能电池的制备方法，其特征在于：器件的制备包括如下步骤，

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 min，清洗完成后在120℃的鼓风干燥箱中烘干，烘干后在254 nm的紫外灯下照射处理20分钟待用；

S2、制备石墨烯阳极：在衬底上依次制备石墨烯第一阳极层、PETDOT:PSS第二阳极层和石墨烯第三阳极层；

S3、制备阳极修饰层：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20 nm的阳极修饰层；