一種線狀可彎曲太陽能電池及其制備方法
【專利摘要】一種線狀可彎曲太陽能電池，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、ZnO納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。一種線狀可彎曲太陽能電池的制備方法，包括如下步驟：采用無電沉積法在光纖表面生長AZO薄膜；采用水熱法在覆AZO薄膜光纖表面生長ZnO納米線陣列膜；采用浸涂法在覆ZnO納米線陣列膜光纖表面制備P3HT:PCBM層；采用熱蒸發(fā)法在覆P3HT:PCBM層光纖表面蒸鍍Al、Ag、Au、Ca或Li金屬層。本發(fā)明所述線狀可彎曲太陽能電池具有柔性和可編制性，可編制成衣服或者帳篷等織物作為便攜式供電設(shè)備，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種線狀可彎曲太陽能電池及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有機(jī)太陽能電池【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種線狀可彎曲太陽能電池及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]聚合物太陽能電池由于其具有材料來源豐富、生產(chǎn)工藝簡單、成本低廉等優(yōu)勢，弓丨起人們的廣泛關(guān)注。然而在傳統(tǒng)的聚合物太陽能電池的制備中，由于基底材料的限制，一般電池形態(tài)都為硬性平板式。這種剛性襯底具有良好的導(dǎo)電性和機(jī)械強(qiáng)度，在太陽能電池發(fā)展初期的一段相當(dāng)長的時間內(nèi)，導(dǎo)電玻璃和金屬板都被普遍的應(yīng)用。但是隨著效率的逐步提高和基于不同材料體系的電池的出現(xiàn)，傳統(tǒng)平板剛性襯底的局限性逐漸顯現(xiàn)出來，這種襯底對入射光的角度有一定的要求，并且入射光只與太陽能電池發(fā)生一次作用，所以太陽光的利用率很低。同時，襯底材料質(zhì)量重，體積大而且易碎，為運輸帶來不便，限制了它只能在地面上的應(yīng)用，阻礙了太陽能電池在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，開發(fā)一種柔性襯底的聚合物太陽能電池有十分的必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、太陽光利用率高的線狀可彎曲太陽能電池及其制備方法。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案，
[0005]一種線狀可彎曲太陽能電池，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、2=0納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。
[0006]所述的光纖為石英光纖或者塑料光纖，直徑為10011111?150011111。
[0007]所述的透明導(dǎo)電薄膜為“0薄膜，厚度為100?100011111。
[0008]所述的2=0納米線陣列膜的厚度為200?150011111。
[0009]所述的光活性聚合物層為？3肌:？?:冊或？2001:？33，厚度為200?100011111。
[0010]所述的金屬層為八1、仏、八11、0?或，厚度為10?20011111。
[0011]一種線狀可彎曲太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0012]1、采用無電沉積法在光纖表面生長八20薄膜；
[0013](1)將光纖置于丙酮超聲波清洗5?10-??！，再置于去離子水中超聲波清洗5?10111111？
[0014](2)依次浸入含有 20 ?60^/1 81101^0.5 ?2^/1 [八8(順么]。!！和 0.1 ?0.3^/1？況12的活化溶液中各5?10111111，使得粒子吸附在光纖上，得到活化光纖；
[0015](3)將活化光纖再浸入含有 0.01 ?0.111101/1 2110005 ?0.00511101/1八1 (勵3和0.01?0.0311101/1 二甲氨基硼烷的生長溶液中，生長溶液溫度為70?90。〇，浸入時間為1.5?3匕然后取出用去離子水沖洗，在室溫下晾干，得到覆八20薄膜光纖；
[0016]2、采用水熱法在覆八20薄膜光纖表面生長2=0納米線陣列膜；
[0017]將所述覆八20薄膜光纖置于含有10?30^01/1 211(^)^0?30^01/1六亞甲基四胺和3?10臟0171聚乙烯亞胺的混合溶液中，混合溶液的溫度為80?1001:，反應(yīng)時間為15?25匕然后取出用去離子水清洗，再在隊氣流中干燥，得到覆2=0納米線陣列膜光纖；
[0018]3、采用浸涂法在覆2=0納米線陣列膜光纖表面制備931111(:81層；
[0019]將覆2=0納米線陣列膜光纖浸入溫度為80?1201的浸涂溶液中，攪拌2?3匕后取出，待溶劑揮發(fā)，得到覆？3肌:？081層光纖；所述浸涂溶液為？3肌和的二氯苯溶液，在浸涂溶液中，？3?。?的濃度為5?30呢?匕？081的濃度為5?30呢?匕
[0020]5、采用熱蒸發(fā)法在覆931111(:81層光纖表面蒸鍍八1、八邑、八11、(?或金屬層；工藝參數(shù)如下:轟擊電流為0.5?1八，襯底溫度為25?501，真空度為1?5 X ，蒸鍍時間2?5-1得到線狀可彎曲太陽能電池。
[0021〕 所述浸涂法得到的？3肌:？081層厚度為200?50011111。
[0022]所述熱蒸發(fā)法得到的金屬層厚度為10?5011111。
[0023]所述水熱法得到的2=0納米線陣列膜厚度為500?100011111。
[0024]工作原理及過程:
[0025]太陽光從光纖一端沿軸向?qū)耄肷涔饪稍诠饫w內(nèi)多次反射，光活性聚合物中的電子給體聚合物？3肌吸收光能后產(chǎn)生激子；激子擴(kuò)散至并在或者？3！！172110的界面處分離為自由電子和空穴；2！10納米線陣列膜作為器件的電子傳輸層，可將931111(:81活性層中產(chǎn)生的電子傳輸至透明導(dǎo)電電極，同時空穴傳輸至金屬電極，在外電路形成電流。
[0026]另外，所述420為鋁摻雜的氧化鋅透明導(dǎo)電玻璃的簡稱。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0028](1)采用光纖作為襯底和導(dǎo)光介質(zhì)，當(dāng)太陽光從光纖一端射入，入射光可在光纖內(nèi)發(fā)生多次全反射，從而可與光活性聚合物層多次發(fā)生作用，增加了對太陽光的吸收以及光生載流子的輸運效率，提高了太陽能電池的性能；同時，光纖也可作為信號傳輸?shù)亩丝?，為未來設(shè)計出一體式光電信號探測和轉(zhuǎn)換裝置提供了可能；
[0029](2)線狀可彎曲太陽能電池具有柔性和可編制性，可編制成衣服或者帳篷等織物作為便攜式供電設(shè)備，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明所述線狀可彎曲太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2是本發(fā)明所述線狀可彎曲太陽能電池的截面示意圖。
[0032]圖3是本發(fā)明所述線狀可彎曲太陽能電池的制備方法的工藝流程圖。

【具體實施方式】
[0033]以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0034]實施例1
[0035]一種線狀可彎曲太陽能電池，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、2=0納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。
[0036]所述的光纖為石英光纖，直徑為100111
[0037]所述的透明導(dǎo)電薄膜為420薄膜，厚度為100狐
[0038]所述的2=0納米線陣列膜的厚度為30011111。
[0039]所述的光活性聚合物層為厚度為50011111。
[0040]所述的金屬層為41，厚度為20111110
[0041]實施例2
[0042]一種線狀可彎曲太陽能電池，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、2=0納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。
[0043]所述的光纖為塑料光纖，直徑為500=1
[0044]所述的透明導(dǎo)電薄膜為420薄膜，厚度為10011111。
[0045]所述的2=0納米線陣列膜的厚度為60011111。
[0046]所述的光活性聚合物層為？2001:？33，厚度為80011111。
[0047]所述的金屬層為仏，厚度為50111110
[0048]實施例3
[0049]一種線狀可彎曲太陽能電池，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、2=0納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。
[0050]所述的光纖為塑料光纖，直徑為1000醒。
[0051]所述的透明導(dǎo)電薄膜為八20薄膜，厚度為30011111。
[0052]所述的2=0納米線陣列膜的厚度為90011111。
[0053]所述的光活性聚合物層為厚度為100011111。
[0054]所述的金屬層為八11，厚度為1011111。
[0055]實施例4
[0056]一種線狀可彎曲太陽能電池，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、2=0納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。
[0057]所述的光纖為石英光纖，直徑為150011111。
[0058]所述的透明導(dǎo)電薄膜為八20薄膜，厚度為100011111。
[0059]所述的2=0納米線陣列膜的厚度為100011111。
[0060]所述的光活性聚合物層為？2001:？33，厚度為100011111。
[0061]所述的金屬層為厚度為100111110
[0062]實施例5
[0063]一種線狀可彎曲太陽能電池，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、2=0納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。
[0064]所述的光纖為石英光纖，直徑為75011111。
[0065]所述的透明導(dǎo)電薄膜為八20薄膜，厚度為50011111。
[0066]所述的2=0納米線陣列膜的厚度為50011111。
[0067]所述的光活性聚合物層為厚度為100011111。
[0068]所述的金屬層為[1，厚度為30111110
[0069]實施例6
[0070]本實施例為本發(fā)明所述的線狀可彎曲太陽能電池的制備方法，包括如下步驟:
[0071]1、采用無電沉積法在光纖表面生長八20薄膜；
[0072](I)將光纖置于丙酮超聲波清洗lOmin，再置于去離子水中超聲波清洗lOmin，
[0073](2)依次浸入含有 20g/L SnCl2、0.5g/L[Ag(NH3)2]OH 和 0.lg/L PdCl2的活化溶液中各lOmin，使得Pd粒子吸附在光纖上，得到活化光纖；
[0074](3)將活化光纖再浸入含有 0.0lmol/L Zn (NO3) 2、0.0005mol/L Al (NO3)3和0.0lmol/L 二甲氨基硼烷的生長溶液中，生長溶液溫度為75°C，浸入時間為2h，然后取出用去離子水沖洗，在室溫下晾干，得到覆AZO薄膜光纖，AZO薄膜厚度為200nm ；
[0075]2、采用水熱法在覆AZO薄膜光纖表面生長ZnO納米線陣列膜；
[0076]將所述覆AZO薄膜光纖置于含有10mmol/L Zn(N03)2、10mmol/L六亞甲基四胺和3mmol/L聚乙烯亞胺的混合溶液中，混合溶液的溫度為90°C，反應(yīng)時間為15h，然后取出用去離子水清洗，再在N2氣流中干燥，得到覆ZnO納米線陣列膜光纖，ZnO納米線陣列膜的厚度為500nm ；
[0077]3、采用浸涂法在覆ZnO納米線陣列膜光纖表面制備P3HT:PCBM層；
[0078]將覆ZnO納米線陣列膜光纖浸入溫度為100°C的浸涂溶液中，攪拌2h后取出，待溶劑揮發(fā)，得到覆P3HT:PCBM層光纖，P3HT:PCBM層的厚度為200nm ;所述浸涂溶液為P3HT和PCBM的二氯苯溶液，在浸涂溶液中，P3HT的濃度為5mg/mL，PCBM的濃度為5mg/mL ；
[0079]4、采用熱蒸發(fā)法在覆P3HT:PCBM層光纖表面蒸鍍金屬Al層；工藝參數(shù)如下:轟擊電流為0.5A，襯底溫度為25°C，真空度為I X 10_4pa，蒸鍍時間2min，得到線狀可彎曲太陽能電池，金屬Al層的厚度為1nm0
[0080]實施例7
[0081]本實施例為本發(fā)明所述的線狀可彎曲太陽能電池的制備方法的另一實例，包括如下步驟:
[0082]1、采用無電沉積法在光纖表面生長AZO薄膜；
[0083](I)將光纖置于丙酮超聲波清洗15min，再置于去離子水中超聲波清洗15min，
[0084](2)依次浸入含有 40g/L SnCl2U.0g/L[Ag(NH3)2]0H 和 0.2g/L PdCl2的活化溶液中各8min，使得Pd粒子吸附在光纖上，得到活化光纖；
[0085](3)將活化光纖再浸入含有 0.05mol/L Zn (NO3) 2、0.025mol/L Al (NO3)3和0.02mol/L 二甲氨基硼烷的生長溶液中，生長溶液溫度為75°C，浸入時間為1.5h，然后取出用去離子水沖洗，在室溫下晾干，得到覆AZO薄膜光纖；
[0086]2、采用水熱法在覆AZO薄膜光纖表面生長ZnO納米線陣列膜；
[0087]將所述覆AZO薄膜光纖置于含有20mmol/L Zn(N03)2、20mmol/L六亞甲基四胺和5mmol/L聚乙烯亞胺的混合溶液中，混合溶液的溫度為90°C，反應(yīng)時間為20h，然后取出用去離子水清洗，再在N2氣流中干燥，得到覆ZnO納米線陣列膜光纖；
[0088]3、采用浸涂法在覆ZnO納米線陣列膜光纖表面制備P3HT:PCBM層；
[0089]將覆ZnO納米線陣列膜光纖浸入溫度為80°C的浸涂溶液中，攪拌2.5h后取出，待溶劑揮發(fā)，得到覆P3HT:PCBM層光纖；所述浸涂溶液為P3HT和PCBM的二氯苯溶液，在浸涂溶液中，P3HT的濃度為30mg/mL，PCBM的濃度為30mg/mL ；
[0090]4、采用熱蒸發(fā)法，在覆P3HT:PCBM層光纖表面蒸鍍金屬Ag層；工藝參數(shù)如下:轟擊電流為0.1k,襯底溫度為30°C，真空度為2 X 10_4pa，蒸鍍時間3min，得到線狀可彎曲太陽能電池，金屬Ag層的厚度為30nmo
[0091]實施例8
[0092]本實施例為本發(fā)明所述的線狀可彎曲太陽能電池的制備方法的再一實例，包括如下步驟:
[0093]1、采用無電沉積法在光纖表面生長AZO薄膜；
[0094](I)將光纖置于丙酮超聲波清洗lOmin，再置于去離子水中超聲波清洗lOmin，
[0095](2)依次浸入含有 60g/L SnCl2、2g/L[Ag(NH3)2]OH 和 0.3g/L PdCl2的活化溶液中各lOmin，使得Pd粒子吸附在光纖上，得到活化光纖；
[0096](3)將活化光纖再浸入含有 0.lmol/L Zn (NO3) 2、0.005mol/L Al (NO3)3和 0.03mol/L 二甲氨基硼烷的生長溶液中，生長溶液溫度為90°C，浸入時間為3h，然后取出用去離子水沖洗，在室溫下晾干，得到覆AZO薄膜光纖，AZO薄膜厚度為900nm ；
[0097]2、采用水熱法在覆AZO薄膜光纖表面生長ZnO納米線陣列膜；
[0098]將所述覆AZO薄膜光纖置于含有30mmol/L Zn(N03)2、30mmol/L六亞甲基四胺和lOmmol/L聚乙烯亞胺的混合溶液中，混合溶液的溫度為100°C，反應(yīng)時間為25h，然后取出用去離子水清洗，再在N2氣流中干燥，得到覆ZnO納米線陣列膜光纖，ZnO納米線陣列膜的厚度為100nm ；
[0099]3、采用浸涂法在覆ZnO納米線陣列膜光纖表面制備P3HT:PCBM層；
[0100]將覆ZnO納米線陣列膜光纖浸入溫度為120°C的浸涂溶液中，攪拌3h后取出，待溶劑揮發(fā)，得到覆P3HT:PCBM層光纖；所述浸涂溶液為P3HT和PCBM的二氯苯溶液，在浸涂溶液中，P3HT的濃度為10mg/mL，PCBM的濃度為20mg/mL ；
[0101]4、采用熱蒸發(fā)法在覆P3HT:PCBM層光纖表面蒸鍍金屬Au層；工藝參數(shù)如下:轟擊電流為1A，襯底溫度為50°C，真空度為5X 10_4pa，蒸鍍時間5min，得到線狀可彎曲太陽能電池，金屬Au層的厚度為200nmo
[0102]實施例9
[0103]本實施例為本發(fā)明所述的線狀可彎曲太陽能電池的制備方法的第四實例，包括如下步驟:
[0104]1、采用無電沉積法在光纖表面生長AZO薄膜；
[0105](I)將光纖置于丙酮超聲波清洗7min，再置于去離子水中超聲波清洗7min，
[0106](2)依次浸入含有 40g/L SnCl2、0.lg/L [Ag (NH3)2] OH 和 0.lg/L PdCl2的活化溶液中各8min，使得Pd粒子吸附在光纖上，得到活化光纖；
[0107](3)將活化光纖再浸入含有 0.07mol/L Zn (NO3) 2、0.0024mol/L Al (NO3)3和
0.0lmol/L 二甲氨基硼烷的生長溶液中，生長溶液溫度為85°C，浸入時間為2.5h，然后取出用去離子水沖洗，在室溫下晾干，得到覆AZO薄膜光纖，得到AZO薄膜厚度為600nm ;
[0108]2、采用水熱法在覆AZO薄膜光纖表面生長ZnO納米線陣列膜；
[0109]將所述覆AZO薄膜光纖置于含有25mmol/L Zn(N03)2、25mmol/L六亞甲基四胺和7mmol/L聚乙烯亞胺的混合溶液中，混合溶液的溫度為80?100°C，反應(yīng)時間為15?25h，然后取出用去離子水清洗，再在N2氣流中干燥，得到覆ZnO納米線陣列膜光纖；
[0110]3、采用浸涂法在覆ZnO納米線陣列膜光纖表面制備P3HT:PCBM層；
[0111]將覆ZnO納米線陣列膜光纖浸入溫度為100°C的浸涂溶液中，攪拌2.5h后取出，待溶劑揮發(fā)，得到覆P3HT:PCBM層光纖；所述浸涂溶液為P3HT和PCBM的二氯苯溶液，在浸涂溶液中，P3HT的濃度為20mg/mL，PCBM的濃度為10mg/mL ；
[0112]4、采用熱蒸發(fā)法在覆P3HT:PCBM層光纖表面蒸鍍金屬Ca層；工藝參數(shù)如下:轟擊電流為1A，襯底溫度為25°C，真空度為4X 10_4pa，蒸鍍時間5min，得到線狀可彎曲太陽能電池，得到金屬Ca層的厚度為45nm。
【權(quán)利要求】
1.一種線狀可彎曲太陽能電池，其特征在于，由里向外依次為光纖、透明導(dǎo)電薄膜、ZnO納米線陣列膜、光活性聚合物層以及金屬層。
2.如權(quán)利要求1所述的線狀可彎曲太陽能電池，其特征在于，所述的光纖為石英光纖或者塑料光纖，直徑為10nm?1500nmo
3.如權(quán)利要求1所述的線狀可彎曲太陽能電池，其特征在于，所述的透明導(dǎo)電薄膜為AZO薄膜，厚度為100?lOOOnm。
4.如權(quán)利要求1所述的線狀可彎曲太陽能電池，其特征在于，所述的ZnO納米線陣列膜的厚度為200?1500nm。
5.如權(quán)利要求1所述的線狀可彎曲太陽能電池，其特征在于，所述的光活性聚合物層為 P3HT: PCBM 或 PEDOT: PSS,厚度為 200 ?lOOOnm。
6.如權(quán)利要求1所述的線狀可彎曲太陽能電池，其特征在于，所述的金屬層為Al、Ag、Au、Ca 或 Li，厚度為 10 ?200nm。
7.一種線狀可彎曲太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 7.1采用無電沉積法在光纖表面生長AZO薄膜； (1)將光纖置于丙酮超聲波清洗5?lOmin，再置于去離子水中超聲波清洗5?lOmin，
(2)依次浸入含有20 ?60g/L SnCl2、0.5 ?2g/L [Ag (NH3)2] OH 0.1 ?0.3g/L PdCl2的活化溶液中各5?lOmin，使得Pd粒子吸附在光纖上，得到活化光纖；
(3)將活化光纖再浸入含有0.01 ?0.lmol/L Zn (NO3) 2、0.0005 ?0.005mol/L Al (NO3) 3和0.01?0.03mol/L 二甲氨基硼烷的生長溶液中，生長溶液溫度為70?90°C，浸入時間為1.5?3h，然后取出用去離子水沖洗，在室溫下晾干，得到覆AZO薄膜光纖； 7.2采用水熱法在覆AZO薄膜光纖表面生長ZnO納米線陣列膜； 將所述覆AZO薄膜光纖置于含有10?30mmol/L Zn (NO3)2UO?30mmol/L六亞甲基四胺和3?lOmmol/L聚乙烯亞胺的混合溶液中，混合溶液的溫度為80?100°C，反應(yīng)時間為15?25h，然后取出用去離子水清洗，再在N2氣流中干燥，得到覆ZnO納米線陣列膜光纖； 7.3采用浸涂法在覆ZnO納米線陣列膜光纖表面制備P3HT:PCBM層； 將覆ZnO納米線陣列膜光纖浸入溫度為80?120°C的浸涂溶液中，攪拌2?3h后取出，待溶劑揮發(fā)，得到覆P3HT: PCBM層光纖；所述浸涂溶液為P3HT和PCBM的二氯苯溶液，在浸涂溶液中，P3HT的濃度為5?30mg/mL，PCBM的濃度為5?30mg/mL ； 7.4采用熱蒸發(fā)法在覆P3HT:PCBM層光纖表面蒸鍍Al、Ag、Au、Ca或Li金屬層；工藝參數(shù)如下:轟擊電流為0.5?1A，襯底溫度為25?50 °C，真空度為I?5 X 10_4pa，蒸鍍時間2?5min，得到線狀可彎曲太陽能電池。
8.如權(quán)利要求7所述的線狀可彎曲太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述浸涂法得到的P3HT:PCBM層厚度為200?500nmo
9.如權(quán)利要求7所述的線狀可彎曲太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述熱蒸發(fā)法得到的金屬層厚度為10?50nm。
10.如權(quán)利要求7所述的線狀可彎曲太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述水熱法得到的ZnO納米線陣列膜厚度為500?lOOOnm。
【文檔編號】H01L31/054GK104465842SQ201410794801
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】黃瀛, 沈曉明, 何歡, 符躍春, 韋小鳳, 覃嘉媛 申請人:廣西大學(xué)