[发明专利]一种ZTO-ZnO/CBS-GSs柔性薄膜太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明以不锈钢滤网(SSM)为柔性衬底，制备ZTO纳米线与ZnO纳米线复合光阳极(ZTO‑ZnO)、Cu₄Bi₄S₉纳米带与石墨烯片复合光敏层(CBS‑GSs)以及薄膜结构(ZTO‑ZnO/CBS‑GSs)，并组装成太阳能电池。该太阳能电池所需原料储量丰富、制备方法简单、重复性好、安全环保，在实验室阶段平均光电转换效率已达10.3%，最佳光电转换效率已超过11%。用平镊1000次折弯以后仍然呈现出良好的柔韧性和可弯曲性，光电转换效率仍保持在95%以上。该新型薄膜太阳能电池柔性好、应用弹性大、适应性强，如果应用到新能源领域，将大大缓解能源危机和环境污染等问题，因此具有非常广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种ZTO-ZnO/CBS-GSs柔性薄膜太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着世界能源危机和环保问题日益突出，需要不断探索绿色安全、可持续再生新型能源来替代传统能源，太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把光能转化成电能的装置，也是缓解经济发展与能源及环境之间矛盾的“绿色”新技术。利用光敏材料对可见光的敏感效应与光阳极制备成薄膜太阳能电池，是近年来迅速发展起来的一种新型太阳能电池。2014年Jeon和Zhou等人把钙钛矿太阳能电池转换效率分别提高到了16.2%和19.3%，但还不能与结晶硅基太阳能电池相比拟，而且稳定性较差；此外，影响和制约薄膜太阳能电池光电转换效率的因素很多，其一，需设计和优化内部微纳结构，提高其光吸收效率、光电转换效率和总发电效率；其二，需寻找廉价、清洁、光电转换效率高的新型薄膜材料及制备方法，其三，需分析光生电荷在界面的产生、分离、传输、复合、萃取和收集等过程对光生电荷分离效率的影响机制，为光电材料选择和电池结构优化提供理论依据。近年来，柔性太阳能电池因具备轻便、可折叠、可穿戴、成本低等特点受到了研究者的广泛关注。因此，制备一种新型柔性薄膜太阳能电池不但可以提高其适应性和应用范围，还可以大大缓解能源危机和环境污染等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZTO-ZnO/CBS-GSs柔性薄膜太阳能电池，该太阳能电池资源储量丰富、制备方法简单、柔韧性好、适应性强、安全环保、成本低、且具有优越的光电性质，本发明还提供一种ZTO-ZnO/CBS-GSs柔性薄膜太阳能电池的制备方法，该方法可实现规模化生产，在缓解能源危机和环境污染等方面具有广泛的应用前景。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种ZTO-ZnO/CBS-GSs柔性薄膜太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

（1）制备ZTO-ZnO纳米线：按照现有技术制备ZnO胶体溶液，在柔性衬底上生长ZTO纳米线，将生长有ZTO纳米线的柔性衬底浸没在ZnO胶体溶液中，以使在ZTO纳米线上沉积一层ZnO种子层，然后于450 ℃~550 ℃下保持10~30分钟使其结晶，再将带有ZnO种子层的ZTO纳米线放入硝酸锌的六次甲基四胺溶液中，在位生长ZnO纳米线，获得ZTO-ZnO纳米线；

（2）制备CBS-GSs混合溶液：按照现有技术先制备CBS胶体溶液，将预处理过的GSs加入CBS胶体溶液中搅拌至少12 小时；

（3） 最后，将CBS-GSs混合溶液旋转涂覆在ZTO-ZnO纳米线上，180 ±10℃下保持至少30 小时使CBS结晶成纳米带，即得一种表面覆盖有CBS-GSs光敏层的ZTO-ZnO薄膜结构，按照现有技术组装成薄膜太阳能电池，即可；其中，ZTO是指Zn₂SnO₄，CBS是指Cu₄Bi₄S₉，GSs是指石墨烯纳米片。

其中，步骤（1）中ZnO胶体溶液的浓度为0.75 mol/L，硝酸锌的六次甲基四胺溶液浓度为2.5 × 10^-3 mol/L，在位生长ZnO纳米线的温度为65~75 ℃，时间至少为8 小时。