[发明专利]一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池

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有机无机杂化太阳能电池。

背景技术

当今社会，经济的迅猛发展带来了诸如能源危机和全球变暖等严峻问题，可再生清洁能源的发展与利用已经受到全世界的广泛关注。区别于煤、石油、天然气等传统能源，太阳能是一种绿色、清洁、可再生能源，取之不尽用之不竭，有潜力成为未来能源供给中的重要组成部分。太阳能电池作为一种光电转换器件，其研究与应用已经受到越来越多的重视。与成本高昂的硅基太阳能电池相比，有机无机杂化太阳能电池采用钙钛矿半导体材料作为光活性层，具有成本低廉、光吸收系数高、质地轻、柔韧性好、制造工艺简单等特点。随着近年来国内外相关研究的不断深入，有机无机杂化太阳能电池的光电转换效率和稳定性不断提升。

传统的有机无机杂化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

所以，提供一种新的有机无机杂化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有机无机杂化太阳能电池，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，特殊领域应用性较差的问题。

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有机无机杂化太阳能电池，自下而上包括：衬底、石墨烯阳极、空穴传输层、有机无机杂化光活性层、电子传输层、反射阴极，所述石墨烯阳极为三层薄膜结构，包括第一石墨烯层、Ag纳米颗粒层和第二石墨烯层，所述的第一石墨烯层、Ag纳米颗粒层和第二石墨烯层成的三明治结构，所述的第一石墨烯层的厚度为10-20 nm，Ag纳米颗粒层厚度0.5-2 nm，第二石墨烯层的厚度为20-40 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，所述空穴传输层包括但不限于CuPc、PbPc、PETDOT:PSS、CuSCN、CuI、NiOx、PbI、MoO3、WO3和V2O5，所述空穴传输层厚度为10-50 nm。

优选的，所述有机无机杂化光活性层为CH3NH3PbI3，所述的有机无机杂化光活性层的厚度为200-1000 nm。

优选的，所述电子传输层，所述电子传输层为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；

优选的，所述反射阴极包括Au金、Ag银、Al铝、Cu铜中的一种，所述反射阴极厚度为50-1000 nm。

作为本发明的另一个方面，提供了一种基于石墨烯的有机无机杂化太阳能电池的制备方法，所述的有机无机杂化太阳能电池制备包括如下步骤，

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 nmAu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。