起皱结构的柔性聚合物太阳能电池及其制备方法

摘要

本发明涉及一种起皱结构的柔性聚合物太阳能电池，包括透明电极、空穴传输层、光活化层材料、电子传输层和金属电极。其中，光活化层材料包括给体材料和受体材料。透明电极为石墨烯/PEDOT:PSS/PET复合膜、空穴传输层为PEDOT:PSS膜、电子给体为P3HT、电子受体为石墨烯/PEDOT:PSS复合粒子、电子传输层为氧化锌膜、金属电极为银。采用喷墨打印机依次在预拉伸的PET膜上打印石墨烯/PEDOT:PSS透明导电层、空穴传输层、活性层材料、电子传输层和金属的浆体，并依次经过50～100℃下干燥处理后，除去预拉伸力，即得到起皱结构的柔性聚合物太阳能电池。该电池对太阳光的利用率高、光电转换效率高、制备工艺简便，且力学稳定性好，可实现大规模工业化制备，具有广泛的应用前景。

主权项

一种起皱结构的柔性聚合物太阳能电池的制备方法，其特征是，采用喷墨打印机依次在预拉伸聚合物透明基底上依次打印导电层材料、空穴传输材料、光活化层材料、电子传输材料、金属电极材料，并依次经过50～100℃下干燥处理，除去预拉伸力即得到起皱结构柔性聚合物太阳能电池，包括如下步骤：一.PEDOT:PSS/石墨烯复合粒子的制备，包括：1.1)在冰浴条件下，将0.5～5.0g石墨加入到60ml的浓硫酸中，强烈搅拌30min，进一步将12～30g KMnO₄加入到上述溶液中，强烈搅拌30min，将上述混合液转移到30℃水浴中，缓慢加入18～40gNaNO₃，搅拌60min；在搅拌情况下，将140ml去离子水连续加入到上述混合液中，然后将其转移到90℃温度的油浴中，搅拌30min时间；再逐滴加入10～15mlH₂O₂，继续反应60min使得溶液从深棕色变为亮黄色；1.2)在搅拌条件下，在上述溶液中加入氧化石墨烯量5～25wt％的PEDOT:PSS分散试剂，溶解后滴加20ml～60ml的水合肼溶液，在80℃温度下反应1h，进一步在上述溶液中滴加20ml～60ml乙酸水溶液或氢碘酸水溶液，继续反应60min,得到稳定的石墨烯水溶液；1.3)可直接离心上述石墨烯水溶液得到黑色沉淀，再水清洗，重复两次后，再离心，用乙醇清洗一次，即可得到PEDOT:PSS/石墨烯复合粒子；二.柔性透明电极PEDOT:PSS/石墨烯复合膜用的墨水制备：将PEDOT:PSS/石墨烯复合粒子2～10wt％、PEDOT:PSS 10～17wt％、单丁醚类0.10～0.4wt％、消泡剂901或02 0.02～0.08wt％分散于水中，搅拌均匀即可；三.空穴传输层用墨水的制备：将PEDOT:PSS 5～10wt％、消泡剂901或02 0.05～0.12wt％分散于水中，搅拌均匀即可；四.光活化层用墨水的制备：将P3HT 0.25wt％～2.0wt％、PEDOT:PSS/石墨烯复合粒子0.25wt％～1.5wt％、单丁醚类0.10～0.4wt％、消泡剂901或02 0.02～0.08wt％分散于水中，搅拌均匀即可；五.氧化锌膜用墨水的制备：5.1)将2～10gZn(Ac)₂·2H₂O及0.5～2.0gPVP溶于120ml甲醇中，在70℃条件下反应6h，即可得到稳定性好的氧化锌溶液；5.2)可通过离心上述氧化锌溶液得到白色沉淀，再水清洗，重复两次后，再离心，用乙醇清洗一次，即可得到PVP/氧化锌复合粒子；5.3)氧化锌膜制备用的墨水配置：将1～5wt％PVP/氧化锌复合粒子、0.10～0.4wt％单丁醚类、0.02～0.08wt％消泡剂901或02分散到水溶液中，常温下搅拌均匀即可；六.银膜用墨水的制备：6.1)将0.5～2.0g硝酸银及0.5～3.0g PEDOT:PSS溶于120ml蒸馏水中，在40℃条件下滴加0.5～2.0ml水合肼，反应4h，即可得到稳定性好的纳米银水溶胶；6.2)将上述纳米银水溶胶，可直接通过离心得到黑色沉淀，再水清洗，重复两次后，再离心，用乙醇清洗一次，即可得到PEDOT:PSS/银复合粒子；6.3)银膜制备用的墨水配置：将1～5wt％PEDOT:PSS/银复合粒子、0.10～0.4wt％单丁醚类、0.02～0.08wt％消泡剂901或02分散到水溶液中，常温下搅拌均匀即可；七.以上述制备好的墨水，采用喷墨打印机依次在预拉伸5％～25％聚合物PET透明基底上依次打印导电层材料、空穴传输材料、光活化层材料、电子传输材料、金属电极材料，并依次经过50～100℃下干燥处理，除去预拉伸力即得到起皱结构柔性聚合物太阳能电池。