[发明专利]一种石墨烯太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯太阳能电池及其制备方法，所述的石墨烯太阳能电池，自下而上包括：基底(1)、石墨烯阴极(2)、阴极修饰层(3)、钙钛矿化合物层(4)、阳极修饰层(5)、石墨烯阳极(6)，所述阴极修饰层(3)采用分散旋涂法得到ZnO，再经由石墨烯修饰制备而成，所述石墨烯阳极(6)采用三层薄膜结构，包括PEDOT：PSS第一阳极层(601)、Cu纳米颗粒第二阳极层(602)和石墨烯第三阳极层(603)。本发明制备的电池采用新型的阴极修饰层和阳极结构，有利于提高电池的导电性和稳定性。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体地说是涉及一种石墨烯太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能是一种新型绿色能源，以太阳能电池为核心的光伏产业直接将太阳能转化成电能，是目前人类可以利用的最清洁的能源之一。对太阳能电池的开发越来越收到学界和产业界的关注。

钙钛矿太阳能电池是一种以有机-无机卤化物钙钛矿为光吸收材料的新型太阳能电池，一般由透明电极、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和金属背电极组成。其具有易于制作、成本低、效率高等优点，目前最高转换效率已经达到22％以上，与铜铟镓硒CIGS、碲化镉CdTe和多晶硅等太阳能电池的最高效率相当，而远高于染料敏化和有机太阳能电池的最高效率，是一种应用前景广阔的太阳能电池。

如今透明导电电极材料主要是氧化铟锡ITO，然而这种材料价格昂贵，韧性较差。在太阳能领域具有广泛应用前景的石墨烯作为透光性良好、环境友好，且电性能优异的导体材料，具有高迁移率、高透光率、高电导率，而且较低的载流子浓度使反射率低，较容易穿过更大波长范围的光，相比ITO透明导电材料，可透过大部分红外线。因此，石墨烯成为太阳能电池透明导电电极新的替代材料，其用做透明导电电极主要有两个优势：一是石墨烯在电池中既可以做阳极，又可以做阴极；二是石墨烯的机械强度很好，可应用于柔性器件。

TiO₂与钙钛矿层材料的能级相匹配，TiO₂致密层常被应用于钙钛矿型太阳能电池中。而ZnO具有高的电子迁移率，是钙钛矿太阳能电池中的一种常用电子传输材料。相比TiO₂，ZnO具有更高的电子迁移率(205～300cm₂·V^-1·s^-1)。ZnO制备工艺简单，适合制备FTO、ITO等硬性基底的钙钛矿型太阳能电池，并且ZnO无需500℃以上的烧结，尤其适于制备PET、PEN等柔性基底的钙钛矿型太阳能电池。

因此，结合上述问题，生产制备出一种光电性能优异、成本低廉、工艺简单的太阳能电池是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种石墨烯太阳能电池的制备方法，该方法制备的石墨烯太阳能电池透光率高、界面稳定性好、光电性能优异。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

作为本发明的一个方面，提供了一种石墨烯太阳能电池，自下而上包括：基底(1)、石墨烯阴极(2)、阴极修饰层(3)、钙钛矿化合物层(4)、阳极修饰层(5)、石墨烯阳极(6)，其特征在于：

所述阴极修饰层(3)采用分散旋涂法得到ZnO，再经由石墨烯修饰制备而成；

所述石墨烯阳极(6)采用三层薄膜结构，包括PEDOT：PSS第一阳极层(601)、Cu纳米颗粒第二阳极层(602)和石墨烯第三阳极层(603)。

优选的，所述的基底为硬性透明基底或软性透明基底中的一种。

优选的，所述的硬性透明基底包括但不限于FTO、ITO。

优选的，所述的柔性透明基底包括但不限于PET、PEN。

优选的，所述的石墨烯阴极为石墨烯或改性石墨烯的一种，石墨烯阴极的厚度为20-50nm。