[发明专利]一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池

权利要求书

1.一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，自下而上包括：衬底(1)、石墨烯阳极(2)、空穴传输层(3)、有机无机杂化光活性层(4)、电子传输层(5)、反射阴极(6)，其特征在于：所述石墨烯阳极(2)为三层薄膜结构，包括第一石墨烯层(201)、Ag纳米颗粒层（202）和第二石墨烯层(203)，所述的第一石墨烯层(201)、Ag纳米颗粒层（202）和第二石墨烯层(203)成的三明治结构，所述的第一石墨烯层(201)的厚度为10-20 nm，Ag纳米颗粒层（202）厚度0.5-2 nm，第二石墨烯层(203)的厚度为20-40 nm。

2.根据权利要求 1 所述的一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，其特征在于：所述的衬底(1)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％。

3.根据权利要求 1 所述的一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，其特征在于：所述空穴传输层(3) 包括但不限于CuPc、PbPc、PETDOT:PSS、CuSCN、CuI、NiOx、PbI、MoO3、WO3和V2O5，所述空穴传输层(3)厚度为10-50 nm。

4.根据权利要求 1 所述的一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，其特征在于：所述有机无机杂化光活性层(4)为CH3NH3PbI3，所述的有机无机杂化光活性层(4)的厚度为200-1000 nm。

5.根据权利要求 1 所述的一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，其特征在于：所述电子传输层(5)为ZnO氧化锌、TiO2二氧化钛、C60、C70、PCBM中的一种，所述电子传输层(5)的厚度为20～50 nm。

6.根据权利要求 1 所述的一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池，其特征在于：所述反射阴极(6) 包括Au金、Ag银、Al铝、Cu铜中的一种，所述反射阴极(6)厚度为50-1000 nm。

7.根据权利要求 1 所述的一种基于石墨烯的有机无机杂化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 10-20 min，清洗完成后用氮气枪吹干，吹干后在254 nm的紫外灯下照射处理20分钟待用；

S2、制备石墨烯阳极：在衬底上依次制备第一石墨烯层、Ag纳米颗粒层和第二石墨烯层；

S3、制备空穴传输层：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10-50 nm的空穴传输层；

S4、制备有机无机杂化光活性层：在空穴传输层上旋涂PbI2的二甲基亚砜溶液，并在 70℃下退火 15min，以蒸发有机溶剂，旋涂时的转速为2000-3500r/min，旋涂的时间为 30-60s；将上述基片浸泡在CH3NH3I的异丙醇溶液中，在60℃温度下保持 5-20 min，以保证 PbI2与 CH3NH3I 这两种材料充分反应；所得基片用异丙醇冲洗后，放在100℃加热板上退火30-100min；

S5、制备电子传输层：采用热蒸镀法或者旋转涂覆法，在有机无机杂化光活性层上制备一层厚度20-50 nm的电子传输层；

S6、制备反射阴极：采用热蒸镀在空穴传输层上蒸镀一层厚度为100-1000 nm的Au金、Ag银、Al铝、Cu铜作为不透明的金属反射阴极，完成器件的制备。

8.根据权利要求 1 或权利要求8任一所述的一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述石墨烯阳极的制备包括步骤：在衬底上转移第一石墨烯层，第一石墨烯层薄膜通过化学气相沉积方法在铜箔表面制备，并通过转移至衬底上，其厚度为10-20 nm；在上述石墨烯薄膜上通过热沉积的方法生长Ag纳米颗粒层；Ag纳米颗粒层的生长在超高真空镀膜机中通过热蒸发金属Ag完成，沉积过程中，控制设备内真空度为小于5×10-4Pa，Ag纳米颗粒的沉积速度控制在0.005-0.01 nm/s，以利于控制Ag纳米颗粒在石墨烯表面的尺寸；在上述Ag纳米颗粒层上转移第二石墨烯层，第二石墨烯层薄膜通过化学气相沉积方法在铜箔表面制备，并通过转移至Ag纳米颗粒层上，其厚度为20-40 nm。