一种线状可弯曲太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于有机太阳能电池技术领域，具体是一种线状可弯曲太阳能电池。
【背景技术】
[0002]聚合物太阳能电池由于其具有材料来源丰富、生产工艺简单、成本低廉等优势，弓丨起人们的广泛关注。然而在传统的聚合物太阳能电池的制备中，由于基底材料的限制，一般电池形态都为硬性平板式。这种刚性衬底具有良好的导电性和机械强度，在太阳能电池发展初期的一段相当长的时间内，导电玻璃和金属板都被普遍的应用。但是随着效率的逐步提高和基于不同材料体系的电池的出现，传统平板刚性衬底的局限性逐渐显现出来，这种衬底对入射光的角度有一定的要求，并且入射光只与太阳能电池发生一次作用，所以太阳光的利用率很低。同时，衬底材料质量重，体积大而且易碎，为运输带来不便，限制了它只能在地面上的应用，阻碍了太阳能电池在诸多领域的应用。因此，开发一种柔性衬底的聚合物太阳能电池有十分的必要。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种成本低、太阳光利用率高的线状可弯曲太阳能电池及其制备方法。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案，
[0005]一种线状可弯曲太阳能电池，由里向外依次为光纤、透明导电薄膜、ZnO纳米线阵列膜、光活性聚合物层以及金属层。
[0006]所述的光纤为石英光纤或者塑料光纤，直径为10nm?1500nm。
[0007]所述的透明导电薄膜为AZO薄膜，厚度为100?lOOOnm。
[0008]所述的ZnO纳米线阵列膜的厚度为200?1500nm。
[0009]所述的光活性聚合物层为P3HT:PCBM或PEDOT:PSS，厚度为200?lOOOnm。
[0010]所述的金属层为Al、Ag、Au、Ca或Li，厚度为10?200nm。
[0011]本发明所述线状可弯曲太阳能电池的工作原理如下:
[0012]太阳光从光纤一端沿轴向导入，入射光可在光纤内多次反射，光活性聚合物中的电子给体聚合物P3HT吸收光能后产生激子；激子扩散至并在P3HT/PCBM或者P3HT/Zn0的界面处分离为自由电子和空穴；Ζη0纳米线阵列膜作为器件的电子传输层，可将P3HT:PCBM活性层中产生的电子传输至透明导电电极，同时空穴传输至金属电极，在外电路形成电流。
[0013]另外，所述AZO为铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃的简称。
[0014]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0015](I)米用光纤作为衬底和导光介质，当太阳光从光纤一端射入，入射光可在光纤内发生多次全反射，从而可与太阳电池活性层多次发生作用，增加了对太阳光的吸收以及光生载流子的输运效率，提高了太阳能电池的效率；同时，光纤也可作为信号传输的端口，为未来设计出一体式光电信号探测和转换装置提供了可能。
[0016](2)具有可编织性、生产制造成本低、质量轻、应用广泛等突出优势，打破了传统太阳能电池在材料与形状上的局限性，可为狭小有限的空间提供电源，并可被编织进衣物、帐篷等材质中，在光伏产业中有着广阔的发展前景。
【附图说明】
[0017]图1是本发明所述线状可弯曲太阳能电池的结构示意图。
[0018]图2是本发明所述线状可弯曲太阳能电池的截面示意图。
【具体实施方式】
[0019]以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0020]实施例1
[0021]一种线状可弯曲太阳能电池，由里向外依次为光纤、透明导电薄膜、ZnO纳米线阵列膜、光活性聚合物层以及金属层。
[0022]所述的光纤为石英光纤，直径为lOOnm。
[0023]所述的透明导电薄膜为AZO薄膜，厚度为lOOnm。
[0024]所述的ZnO纳米线阵列膜的厚度为300nm。
[0025]所述的光活性聚合物层为P3HT:PCBM，厚度为500nm。
[0026]所述的金属层为Al，厚度为20nmo
[0027]实施例2
[0028]一种线状可弯曲太阳能电池，由里向外依次为光纤、透明导电薄膜、ZnO纳米线阵列膜、光活性聚合物层以及金属层。
[0029]所述的光纤为塑料光纤，直径为500nm。
[0030]所述的透明导电薄膜为AZO薄膜，厚度为lOOnm。
[0031]所述的ZnO纳米线阵列膜的厚度为600nm。
[0032]所述的光活性聚合物层为PEDOT:PSS，厚度为800nm。
[0033]所述的金属层为Ag，厚度为50nmo
[0034]实施例3
[0035]一种线状可弯曲太阳能电池，由里向外依次为光纤、透明导电薄膜、ZnO纳米线阵列膜、光活性聚合物层以及金属层。
[0036]所述的光纤为塑料光纤，直径为lOOOnm。
[0037]所述的透明导电薄膜为AZO薄膜，厚度为300nm。
[0038]所述的ZnO纳米线阵列膜的厚度为900nm。
[0039]所述的光活性聚合物层为P3HT:PCBM，厚度为lOOOnm。
[0040]所述的金属层为Au，厚度为1nm0
[0041]实施例4
[0042]一种线状可弯曲太阳能电池，由里向外依次为光纤、透明导电薄膜、ZnO纳米线阵列膜、光活性聚合物层以及金属层。
[0043]所述的光纤为石英光纤，直径为1500nm。
[0044]所述的透明导电薄膜为AZO薄膜，厚度为lOOOnm。
[0045]所述的ZnO纳米线阵列膜的厚度为lOOOnm。
[0046]所述的光活性聚合物层为PEDOT:PSS，厚度为lOOOnm。
[0047]所述的金属层为Ca，厚度为10nm0
[0048]实施例5
[0049]一种线状可弯曲太阳能电池，由里向外依次为光纤、透明导电薄膜、ZnO纳米线阵列膜、光活性聚合物层以及金属层。
[0050]所述的光纤为石英光纤，直径为750nm。
[0051]所述的透明导电薄膜为AZO薄膜，厚度为500nm。
[0052]所述的ZnO纳米线阵列膜的厚度为500nm。
[0053]所述的光活性聚合物层为P3HT:PCBM，厚度为lOOOnm。
[0054]所述的金属层为Li，厚度为30nmo
[0055]本实用新型所述的线状可弯曲太阳能电池的制备方法，包括如下步骤:
[0056]1、采用无电沉积法在光纤表面生长AZO薄膜；
[0057](I)将光纤置于丙酮超声波清洗5?lOmin，再置于去离子水中超声波清洗5?lOmin，
[0058](2)依次浸入含有 20 ?60g/L SnCl2、0.5 ?2g/L [Ag (NH3)2] OH 和 0.1 ?0.3g/LPdCld^活化溶液中各5?lOmin，使得Pd粒子吸附在光纤上，得到活化光纤；
[0059](3)将活化光纤再浸入含有 0.01 ?0.lmol/L Zn(NO3)0.0005 ?0.005mol/LAl (NO3) 3和0.01?0.03mol/L 二甲氨基硼烷的生长溶液中，生长溶液温度为70?90°C，浸入时间为1.5?3h，然后取出用去离子水冲洗，在室温下晾干，得到覆AZO薄膜光纤；
[0060]2、采用水热法在覆AZO薄膜光纤表面生长ZnO纳米线阵列膜；
[0061]将所述覆AZO薄膜光纤置于含有10?30mmol/L Zn(N03)2、10?30mmol/L六亚甲基四胺和3?lOmmol/L聚乙烯亚胺的混合溶液中，混合溶液的温度为80?100°C，反应时间为15?25h，然后取出用去离子水清洗，再在N2气流中干燥，得到覆ZnO纳米线阵列膜光纤；
[0062]3、采用浸涂法在覆ZnO纳米线阵列膜光纤表面制备P3HT:PCBM层；
[0063]将覆ZnO纳米线阵列膜光纤浸入温度为80?120°C的浸涂溶液中，搅拌2?3h后取出，待溶剂挥发，得到覆P3HT:PCBM层光纤；所述浸涂溶液为P3HT和PCBM的二氯苯溶液，在浸涂溶液中，P3HT的浓度为5?30mg/mL，PCBM的浓度为5?30mg/mL ；
[0064]4、采用热蒸发法在覆P3HT:PCBM层光纤表面蒸镀Al、Ag、Au、Ca或Li金属层；工艺参数如下:轰击电流为0.5?1A，衬底温度为25?50°C，真空度为I?5X10_4pa，蒸镀时间2?5min，得到线状可弯曲太阳能电池。
【主权项】
1.一种线状可弯曲太阳能电池，其特征在于，由里向外依次为光纤、透明导电薄膜、ZnO纳米线阵列膜、光活性聚合物层以及金属层。
2.如权利要求1所述的线状可弯曲太阳能电池，其特征在于，所述的光纤为石英光纤或者塑料光纤，直径为10nm?1500nmo
3.如权利要求1所述的线状可弯曲太阳能电池，其特征在于，所述的透明导电薄膜为AZO薄膜，厚度为100?lOOOnm。
4.如权利要求1所述的线状可弯曲太阳能电池，其特征在于，所述的ZnO纳米线阵列膜的厚度为200?1500nm。
5.如权利要求1所述的线状可弯曲太阳能电池，其特征在于，所述的光活性聚合物层为 P3HT: PCBM 或 PEDOT: PSS,厚度为 200 ?lOOOnm。
6.如权利要求1所述的线状可弯曲太阳能电池，其特征在于，所述的金属层为Al、Ag、Au、Ca 或 Li，厚度为 10 ?200nm。
【专利摘要】一种线状可弯曲太阳能电池，由里向外依次为光纤、透明导电薄膜、ZnO纳米线阵列膜、光活性聚合物层以及金属层。所述的光纤为石英光纤或者塑料光纤，直径为100nm～1500nm。所述的透明导电薄膜为AZO薄膜，厚度为100～1000nm。所述的ZnO纳米线阵列膜的厚度为200～1500nm。所述的光活性聚合物层为P3HT:PCBM或PEDOT:PSS，厚度为200～1000nm。所述的金属层为Al、Ag、Au、Ca或Li，厚度为10～200nm。本实用新型能够使入射光在光纤内发生多次全反射，与光活性聚合物层多次作用；具有柔性和可编制性，可编制成衣服或者帐篷等织物作为便携式供电设备。
【IPC分类】H01L31-0264, H01L31-18, H01L31-054
【公开号】CN204315602
【申请号】CN201420811227
【发明人】黄瀛, 沈晓明, 何欢, 符跃春, 韦小凤, 覃嘉媛
【申请人】广西大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月18日