[发明专利]一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

可穿戴消费电子目前已经开始进入人们的生活，例如，苹果公司(Apple Inc.)开发出的“Apple Watch智能手表”，小米公司(Xiaomi Inc.)推出的“智能手环”，谷歌公司(Google Inc.)研发的“谷歌眼镜”等，这些电子设备，目前均采用锂离子电池作为电源，然而，未来此类可穿戴的消费品更倾向于采用太阳能作为持续电源。因此，柔性的太阳能电池成为人们未来需要的主要电力供应设备之一。在此类柔性太阳能电池中，柔性且纤维状的太阳能电池具有更大的应用前景，可以直接编织进入柔性的织物，与人们常穿的衣服结合起来。

最近五年，钙钛矿太阳能电池以其高效率、低成本，易制备等特点引起了学术界和工业界极大的兴趣，2015年钙钛矿太阳能电池的效率已经飙升至20％。越来越多的科研人员开始将钙钛矿引入到聚合物基底表面制备柔性平面状电池，然而，平面状的钙钛矿太阳能电池不能有效的编织。研究人员开始采用直径较粗的金属钛丝作为电极制备纤维状钙钛矿太阳能电池，但以金属丝制备的钙钛矿电池柔性较差，且电池的稳定性较差，因此，解决纤维状钙钛矿太阳能电池柔性差，不稳定的缺点成为目前较大的难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池的制备方法，其通过溶液浸渍的工艺在碳纳米管纤维表面依次包裹n-TiO₂，meso-TiO₂，钙钛矿，空穴传输层，银纳米线功能层，再与另外一根碳纳米管纤维相互加捻后采用透明聚合物封装，获得了具有光电转换效率高，柔性且空气中稳定性好的柔性纤维状钙钛矿太阳能电池。

本发明的目的还在于提供一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池。

为解决上述一发明目的，本发明提供一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤：

提供一碳纳米管纤维作为导电电极；

提供另一碳纳米管纤维，在其表面依次覆盖n-TiO₂层、钙钛矿层、空穴传输层及银纳米线作为工作电极:

覆盖n-TiO₂层，采用浓度为0.2-0.8mol/L,pH为3-5的钛酸丁酯溶液包裹浸润碳纳米管纤维2-4次，在450-500℃的空气中处理20-40min，完成n-TiO₂层的覆盖；

覆盖meso-TiO₂层，将覆盖了n-TiO₂层的碳纳米管纤维置于市售的meso-TiO₂浆料中10min，取出后置于500℃的空气环境中30min，完成meso-TiO₂层的覆盖；

覆盖钙钛矿层，将覆盖了meso-TiO₂层的碳纳米管纤维悬空置于加热台上，将所述钙钛矿溶液悬挂于毛细管一端，另一端固定于往复泵滑台顶部，且所述碳纳米管纤维穿过钙钛矿溶液，控制加热台温度为150-250℃之间，设置往复泵速度为10-20mm/min,往复运动次数为30-50次，完成钙钛矿层的覆盖；

覆盖空穴传输层，将覆盖了钙钛矿层的碳纳米管纤维置于浓度为1mol/L的聚-3-己基噻吩/单壁碳纳米管复合物溶液中10min,取出于空气中自然干燥，完成空穴传输层的覆盖；

覆盖银纳米线，将覆盖了空穴传输层的碳纳米管纤维置于浓度为0.5mol/L的银纳米线溶液2min，取出于空气中自然干燥，完成银纳米线的覆盖；

将所述导电电极和所述工作电极相互缠绕组装形成所述柔性纤维状钙钛矿太阳能电池；

用透明聚合物涂布所述柔性纤维状钙钛矿太阳能电池以形成透明的保护层。

作为本发明的进一步改进，所述碳纳米管纤维的直径为10-25μm，其中所含碳纳米管的壁数为2-6，管径为5-20nm。

作为本发明的进一步改进，所述钙钛矿层的化学组分为CH₃NH₃PbI₃及CH₃NH₃PbI₃-xClx,其中0<x<1。

作为本发明的进一步改进，所述空穴传输层为聚-3-己基噻吩/单壁碳纳米管复合物或2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴。

作为本发明的进一步改进，所述银纳米线长度为30-40μm，直径为0.5-2μm。