[发明专利]一种AuNCs-PEDOT:PSS复合柔性电极及太阳能电池器件

说明书

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是一种AuNCs‑PEDOT:PSS复合柔性电极，由AuNCs(金纳米链)溶液和PEDOT:PSS溶液的复合物质采用溶液旋涂、刮涂、狭缝式挤压型涂布、丝网印刷、丝网印刷、喷墨打印、薄膜转印六种方法中的一种制备而成，其中AuNCs溶液和PEDOT:PSS溶液的体积比0‑3:1。一种基于AuNCs‑PEDOT:PSS复合柔性电极的太阳能电池器件，包括由下至上层叠设置的基底、底电极、活性层、顶电极，其中底电极或顶电极两者中的其中之一采用AuNCs‑PEDOT:PSS复合柔性电极。本发明所得到的一种AuNCs‑PEDOT:PSS复合柔性电极及太阳能电池器件，具体优异的成膜性、高导电性和高透光性。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是一种AuNCs-PEDOT:PSS复合柔性电极及太阳能电池器件。

背景技术

随着全球气候日益恶化，不可再生能源的持续消耗，人们对清洁可再生能源的利用迫在眉睫。太阳能是一种绿色的可再生能源，因其清洁、储量大、分布广泛等优点备受关注。在其应用中，将太阳能转换成电能的太阳能电池成为各国科学界研究的热点和产业界开发的重点。

经过几十年的发展，多元化合物薄膜太阳能电池、有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等逐渐得到发展。如图1所示为现在普遍流行的太阳能电池器件结构，其中包括基底、底电极、电荷传输层1、活性层、电荷传输层2和顶电极。其中器件的底电极通常采用透明的金属氧化物导电材料，如ITO(indium tin oxide)和FTO(fluorine-doped tin oxide)，同时顶电极通常采用金属材料，如金、银、铝、铜等。

ITO和FTO电极含有贵金属铟，材料稀缺且价格昂贵，同时透明金属氧化物电极机械性能差、质脆，且不适用于溶液加工等方面；金属电极往往需要真空蒸镀制备，设备昂贵且工艺复杂。因此，发展低成本、工艺简单且性能优异的新型柔性电极成为太阳能电池研究的一个重要领域。基于石墨烯、银纳米线、金属网格、碳纳米管和导电高分子等的柔性电极得到发展。其中透明导电聚合物聚(3,4-乙撑二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)作为电极由于具有较好的柔性、透光率、成膜性，以及与低成本加工技术的兼容性等优势受到越来越多的人关注。然而，PSS是一种绝缘体，导致未经任何处理的PEDOT:PSS薄膜的导电率非常低(低于1.0Scm^-1)；此外，由于PEDOT本身的结晶度不高，阻碍了空穴的传输效率和收集效率。因此，保持柔性聚合物基体的同时进一步提高其导电性成为研究重点。

发明内容

本发明为了解决上述技术不足而提供一种AuNCs-PEDOT:PSS复合柔性电极及太阳能电池器件，利用导电组分与柔性的聚合物基体有效的结合，使得金纳米链(AuNCs)材料与PEDOT:PSS材料复合以提升其导电性。

本发明公开了一种AuNCs-PEDOT:PSS复合柔性电极，由AuNCs溶液和PEDOT:PSS溶液的复合物质采用溶液旋涂、刮涂、狭缝式挤压型涂布、丝网印刷、喷墨打印、薄膜转印六种方法中的一种制备而成，其中AuNCs溶液和PEDOT:PSS溶液的体积比0-3:1。

上述金纳米链(AuNCs)材料是一种新型的元素组成为金且结构呈链状的一维纳米材料，同时结合了金属Au优异的导电性以及一维纳米材料的尺寸效应(大的面积-体积比和长径比而在电子、光子上的传输优势)，具备优异的透光性；由AuNCs形成的渗流网络拥有优良的柔韧性，可适应较大形变，且机械强度很高；与此同时，AuNCs具有优异的化学稳定性,在正常环境下对氧耐受性强,不像银或铜纳米材料那样容易被氧化；另外，此AuNCs材料可直接以水的液体分散液制备得到，与导电聚合物PEDOT:PSS溶液完全互溶。

其中金纳米链的制备：