[发明专利]一种柔性自供电器件及其制备方法

说明书

本发明公布了一种柔性自供电器件的制备方法，该器件为在同一柔性基底上，一侧为柔性钙钛矿太阳能电池，另一侧为柔性超级电容器。其制备方法为在同一基底上通过丝网印刷制备柔性超级电容器，在基底另外一面制备柔性钙钛矿太阳电池，得到具有高转换效率以及高功率密度的自供电器件。本发明所制造的自供电器件能够大规模生产，能够有效与不同种类柔性化、便携化、可穿戴电子传感器组合从而形成实际应用，具有广泛的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及太阳能电池与超级电容器的制备领域，具体涉及柔性钙钛矿太阳电池的制备与丝网印刷制备平面柔性集成式超级电容器领域。

背景技术

随着化石能源的日益衰竭，环境问题愈加严重，能源与环境危机已经成为人类关注的主要问题。因此，开发和设计绿色高效的能源采集装置以及储存装置迫在眉睫。太阳能提供了一种清洁、丰富且无限的能源来替代化石能源，但是由于阳光的间歇性，太阳能电池的输出功率不能连续且稳定。因此，通常需要适当的能量储存装置来储存太阳能电池所产生的能量，例如将电池或超级电容器与太阳能电池来进行耦合。

在过去的几年里，染料敏化太阳能电池、超级电容器、锂离子电池、燃料电池等能源器件得到了研究者的广泛研究，但是传统的能源器件结构体积大，质量重，已经难以有效满足可穿戴设备的发展需求。随着轻、薄、可弯曲的形状多样的电子设备的快速发展，极大地刺激了人们对新型储能器件的需求。此外，由于结构设计和性能的限制，例如需要聚合物粘结剂和额外的导电剂以及厚的隔膜，传统的能量储存装置往往质量较重，体积较大。

为了克服上述困难，近年来，柔性光电超级电容器引起了广泛的关注。由于其质量更轻，柔性更好，同时具有太阳能电池的光电转换功能和超级电容器的能量储存能力，这种具有双重功能的柔性自供电器件，对其在未来的便携式和可穿戴设备中的潜在应用具有非常大前景。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于采用制备方法简单的制备工艺来制备体积小，质量轻、柔性好的自供电器件。通过丝网印刷和电子束蒸发技术在同一个柔性基底的两面分别制造了超级电容器和钙钛矿太阳能电池，形成柔性自供电器件，具体的技术方案为：

在同一柔性基底的两面对应位置分别制造钙钛矿太阳能电池和超级电容器，将其耦合为柔性自供电器件，实现光电转换、储能一体化。

柔性自供电器件的制备方法包括如下步骤：

在柔性基底的一面制备超级电容器，具体如下：

(1)将石墨烯粉末分散在分散液中经球磨获得石墨烯墨水。

其中，所述石墨烯粉末为电化学剥离石墨烯、还原氧化石墨烯、液相剥离石墨烯、化学气相沉积石墨烯、石墨烯复合材料中的一种或两种以上。所述分散液为水或乙醇或N-甲基吡咯烷酮(NMP)或聚氯乙烯PVC与二价酸脂DBE质量比为1:9的混合物中的一种或两种以上，石墨烯粉末与分散液的体积比约为25-45％。本发明中在制备超级电容器时，石墨烯粉末为活性物质，可以根据活性物质本身的性质，添加不同比例的导电剂(例如炭黑，乙炔黑，科琴黑等等)和粘结剂(PTFE、PVDF等等)来提升器件整体的稳定性和性能结果。

(2)在柔性基底的一面，将石墨烯墨水通过丝网印刷技术印刷形成叉指电极，并在50-150℃下干燥8-16h。

其中，所述的柔性基底为：具有透明氧化铟锡导电镀膜薄层的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET-ITO)柔性基底，或者具有透明氧化铟锡导电镀膜薄层的聚萘二甲酸脂(PEN-ITO)柔性基底，钙钛矿电池制备到柔性基底具有透明氧化铟锡导电镀膜薄层的面上。