CN105513812A - 一种石墨烯太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石墨烯太阳能电池，所述石墨烯太阳能电池的光阳极包括第一电极层(302)、纳米晶膜以及设置在纳米晶膜表面的染料层(301)，其特征在于，所述纳米晶膜是由石墨烯层(102)包覆的半导体纳米线芯(101)组成的复合薄膜，所述纳米线芯(101)水平设置在预置有(002)织构的所述第一电极层(302)表面，通过沉积掩模(500)在所述纳米线芯(101)外层沉积形成所述石墨烯层(102)。本发明的石墨烯太阳电池中石墨烯是与太阳光线入射方向平行的方向设置在电极层上，从而减少了石墨烯层对太阳光线的吸收，增加了染料敏化剂中激活电子的数量和电子的传导效率，从而增加的太阳能电池的光效率。

Description

一种石墨烯太阳能电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种石墨烯太阳能电池及其制备方法。

背景技术

1991年瑞士洛桑高等理工学院教授首次报道了染料敏化太阳能电池的研究工作，这种电池具有廉价、高效、制作工艺要求低、寿命长的优点，为低成本太阳电池的研制开辟了新途径，成为近年来太阳能电池领域的研究热点。

染料敏化太阳能电池由光阳极、电解质和阴极组成，其中光阳极是由形成于电极层上的半导体纳米晶膜与其表面吸附的光敏染料组成。染料敏化太阳能电池的工作原理为：当染料分子吸收太阳光时，其电子跃迁至激发态，由于激发态不稳定，染料分子与半导体发生相互作用，电子迅速转移至较低能级的半导体导带，而空穴则留在染料中，电子随后扩散至电极层经外电路产生光电流；同时，处于氧化态的染料分子被电解质还原，被氧化的电解质在阴极接受电子还原成基态，从而完成电子的整个传输过程。

目前染料敏化太阳能电池的光电能量转换效率已突破11.0％，但是要大规模商业化应用，该转换效率还需进一步提高。限制染料敏化太阳能电池光电能量转换效率的因素有很多，其中光生电子在半导体纳米晶膜中传输时与电解质的复合是最主要的因素。

另外，由于染料敏化太阳能电池在投入实际使用时需要提供更大的输出电压，因此已经尝试将多个染料敏化太阳能电池连接成一个染料敏化太阳能电池模块。用于形成染料敏化太阳能电池模块的方法包括制造单个染料敏化太阳能电池，然后利用接线将单个染料敏化太阳能电池连接成染料敏化太阳能电池模块。然而，在该方法中需要使用接线连接每个单个染料敏化太阳能电池，因此该存在制造工艺复杂的问题。

另一方面，目前针对染料敏化太阳能电池，传统使用的基底材料为玻璃基底。但是近几年，在需要染料敏化电池具有弹性的情况下已经开始采用弹性基底作为基底材料。然而，当具有弹性的基底用于染料敏化太阳能电池模块的基底材料时，单个染料敏化太阳能电池是通过金属浆料连接，容易发生基底弯曲时基底位置产生差异的问题，相邻染料敏化太阳能电池的电极层之间的距离容易产生变化。因此，造成金属浆料与电极层之间分开，导致连接失败的问题。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种石墨烯太阳能电池及其制备方法。本发明的石墨烯太阳能电池通过将在预置有(002)织构的电极层表面设置水平在所述电极层上定向排列的半导体纳米线芯，通过沉积掩模在纳米线芯外层沉积石墨烯层，然后使用氧化石墨烯修饰在金属电极层的半导体纳米线之间的空间中，形成所述石墨烯与电极层竖直垂直的结构，并且，所述石墨烯形成在所述半导体纳米线的外层。从而使得石墨烯层尽可能减少对太阳光的吸收，并且通过石墨烯与半导体纳米线的复合，增加了太阳光激活电子的传输效率。另外本发明还提供了一种石墨烯太阳能电池模块，通过采用具有弹性的树脂基底对多个太阳能电池进行连接，能够减少太阳能电池电极层由于在使用过程中产生的错位问题。

本发明提供了一种石墨烯太阳能电池，所述石墨烯太阳能电池的光阳极包括第一电极层、纳米晶膜以及设置在纳米晶膜表面的染料层，所述纳米晶膜是由石墨烯层包覆的半导体纳米线芯组成的复合薄膜，所述纳米线芯水平设置在预置有(002)织构的所述第一电极层表面，通过沉积掩模在所述纳米线芯外层沉积形成所述石墨烯层。

根据一个优选实施方式，所述纳米线芯包括圆形横截面以及300～500纳米的纵向长度，所述纳米晶膜中包括多个纵轴平行排列的且由石墨烯包覆的所述纳米线芯。

根据一个优选实施方式，所述纳米线芯的所述石墨烯层的厚度为1层～43层。

根据一个优选实施方式，所述纳米线芯的圆形横截面的直径尺寸不超过100纳米。

根据一个优选实施方式，所述染料层包括染料敏化剂；所述第一电极层包括导电层，所述导电层是铟掺杂的氧化锡、氟掺杂的氧化锡、锑掺杂的氧化锡、氧化锌、氧化镓掺杂的氧化锌和氧化铝掺杂的氧化锌中的一种或两种以上的导电金属氧化物。

本发明另一个方面提供了一种石墨烯太阳能电池模块，所述石墨烯太阳能模块包括具有弹性的第一树脂基底和第二树脂基底以及2个或多个权利要求1至5所述的石墨烯太阳能电池，并且所述2个或多个石墨烯太阳能电池设置于所述第一树脂基底和所述第二基底之间，

其中，在相邻的两个石墨烯太阳能之间设置有固定件，所述固定件用于从所述第一树脂基底的外侧渗入所述第二树脂基底的外侧。

根据一个优选实施方式，所述石墨烯太阳能电池的第一电极层设置于所述第一树脂基底的一个表面上，所述石墨烯太阳能电池的第二电极层设置在所述第二树脂基底的一个表面上。

本发明的另一个方面提供了一种前述的石墨烯太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

提供预置有(002)织构的晶种电极层；

利用热液合成工艺在所述电极层上形成多个纳米线芯；

利用沉积掩模将石墨烯沉积在所述纳米线芯的外层。

根据一种优选实施方式，所述方法还包括将石墨烯沉积在相邻纳米线之间的空间中。

根据一种优选实施方式，将石墨烯超声分散在非水溶剂中，然后将羟基化处理的电极层在催化剂条件下加热，通过石墨烯端部非羧基与电极层表面的羟基发生酯化反应使石墨烯修饰到纳米线之间的电极层表面。

本发明的有益技术效果主要存在于以下几个方面：

1)本发明的石墨烯太阳能电池通过在预置(002)织构的电极层表面设置定向排列的半导体纳米线芯的纳米晶膜，并将石墨烯修饰在电极层的半导体纳米线的空间中，从而增加了太阳光激活的染料电子的传输效率；

2)本发明的石墨烯层是通过沉积掩模与半导体纳米线以及电极层垂直设置的，从而减少石墨烯层对太阳光的吸收，使得更多的太阳光被染料吸收，从而增加了激活电子的数量；

3)本发明还提供了一种石墨烯太阳能电池模块，通过在电极层的表面设置具有弹性的透明树脂基底，并且在相邻的两个太阳能电池之间安装固定件固定在两端的树脂基底的表面，从而阻止在石墨烯太阳能电池的使用过程中电极之间的错位移动。

附图说明

图1是本发明石墨烯太阳能电池的一个优选实施方式中单个纳米线外层包覆石墨烯层的示意图；

图2是本发明石墨烯太阳能电池的另一优选实施方式中多个纳米线外层包覆石墨烯层的示意图；

图3是本发明石墨烯太阳能电池的光阳极示意图；

图4是本发明另一方面的石墨烯太阳能电池模块示意图；

图5是本发明的石墨烯太阳能电池制备方法中使用的沉积掩模的主视图；

图6是图5中的沉积掩模沿图5的线I-I’截取的剖视图；

图7A-7D是本发明的一种优选实施方式的沉积掩模的剖视图；

图8A和图8B是本发明的一种优选实施方式的沉积掩模的主视图和后视图；

图9是图8B中的沉积掩模沿图8B的II-II’截取的剖视图。

附图标记列表

100：纳米线101：纳米线芯102：石墨烯层

201：多个纳米线芯301：染料层302：第一电极层

303：电解质层304：太阳光400：染料敏化太阳能电池

401：催化剂层402：第二电极层403：固定件

1a：第一树脂基底1b：第二树脂基底500：沉积掩模

500S1：第一表面500S2：第二表面500-OP：开口部分

500-SW：侧壁500-SW1：第一倾斜表面500-SW2：第二倾斜表面

500-SW3：第三倾斜表面500-SW4：第四倾斜表面510：本体部分

520：碳层521：第一层522：第二层

θ1：第一交角θ2：第二交角DR1：第一方向

DR2：第二方向

具体实施方式

本发明提供了一种石墨烯太阳能电池及其制备方法，所述石墨烯太阳能电池包括第一电极层302和第二电极层402、纳米晶膜以及设置在半导体纳米晶膜表面的染料层301，所述纳米晶膜是包括由石墨烯层102包覆的1个或多个半导体纳米线芯组成的复合薄膜，所述多个半导体纳米线100以与所述电极层水平方向垂直设置以使所述石墨烯层与电极层保持竖直方向垂直。

下面结合附图进行详细说明：

石墨烯太阳能电池

参照图1，纳米线芯101是横截面为圆形的纳米线，参照图2，多个纳米线芯经退火后形成纵轴相互平行的纳米线平面二维结构晶膜。外表面经沉积形成石墨烯层外表面，将带有石墨烯外层的纳米线平面附接在或者直接将纳米线芯生长在电极层302上，多个纳米线平面纵向附接在电极层302上形成纳米晶膜；然后在纳米晶膜表面涂覆染料层302和电解质层303，染料层和电解质层可以是固态或液体的形式。

根据一种优选实施方式，图1示出了本发明的一种石墨烯包覆单个纳米线芯形成的复合纳米线。参照图1，纳米线芯101具有圆形横截面，圆形横截面的直径尺寸不超过100纳米。本发明的纳米线芯101的横截面不限于球形，也可包括其他规则或不规则的形状。所述纳米线芯101的纵向长度为数百纳米，优选地，所述纳米线芯101的纵向长度为300～500纳米。如图1所述，所述纳米线芯101的外层还包括至少大部分被包覆的由石墨烯层102构成的外壳。本发明的至少大部分被包覆是指超过百分之五十的数量。

所述石墨烯层102的厚度为1层～43层，优选地，所述石墨烯层102的厚度为1层～10层。

参考图2，根据一种优选实施方式，纳米线包括经彼此退火的多个纳米线芯201，并且多个纳米线芯201经退火步骤后施加石墨烯层的外壳。所述纳米线芯可以是二氧化硅或碳化硅或者氧化锌材料。本发明的太阳能电池包括多个纳米线100组成的纳米晶膜，所述纳米晶膜中包括多个平行排列的且由石墨烯包覆的半导体纳米线。其中它们的纵轴被至少彼此平行的定向。具体的，所述纳米线芯的纵轴与太阳光束的方向垂直定向，使得石墨烯层保持与太阳光束方向基本平行的定向。从而使得太阳光尽可能少的被石墨烯层吸收，而激活更多的敏化染料中的电子，并且通过与纳米线芯中的材料相互作用，更快的通过石墨烯层传递至电极层形成电流。

参照图3，图3示出了本发明的石墨烯太阳能电池的光阳极。其包括第一电极层302，所述第一电极层302为透明的或者至少半透明的，以允许太阳光304通过。所述电极层包括导电层，所述导电层是铟掺杂的氧化锡、氟掺杂的氧化锡、锑掺杂的氧化锡、氧化锌、氧化镓掺杂的氧化锌和氧化铝掺杂的氧化锌中的一种或两种以上的导电金属氧化物。第一电极层302可以是透明电极层。本发明的透明电极层可以具有单层构造，也可以具有多层板构造。所述多层板构造的电极是通过首先分别将具有不同功能的材料形成的层分别层压，然后再将不同材料形成的层进行层压形成多层板构造。

本发明的透明电极层的厚度为5nm～2000nm。优选的，10nm～1000nm。如若所述透明电极层厚度大于2000nm，将很难形成均匀的透明电极层或者总光透过率可能降低从而很难获得良好的光电转换率；若所述透明电极层的厚度小于5nm，所述透明电极层的电导率是不够充足的。当所述透明电极是由多层电极构成时，所述厚度指的是所有层的总厚度。

根据一种优选实施方式，所述第一电极层302也可以是网格栅电极层。网格栅电极层是采用导电材料在网格中形成的电极层。网格栅电极层中网格的形状可以是三角栅格形状、平行四边形栅格或者六角形栅格形状。网格栅电极的厚度为0.01μm～10μm。如果厚度大于上述范围，则形成网格栅电极层需要更多的材料并需要花费更长的时间，从而降低了生产效率并且增加了生产成本。如果电极层厚度小于上述范围，则网格栅电极层可能无法充分完成其功能。所述网格栅电极的开孔率为50％～99％。如果所述网格栅电极层的开孔率低于上述范围，则本实施例的太阳能电池不能充分接收太阳光透过所述第一电极层，因此导致发电效率降低。如果所述网格栅电极的开孔率高于上述范围，则很难形成功能良好的网格栅电极层。另外，网格栅电极层的导线宽度和开孔宽度可根据使用的染料敏化太阳能电池的形状进行选择。所述网格栅电极层中导线宽度优选为0.02μm～10mm，更优选1μm～2mm，更优选为10μm～1mm。所述网格栅电极层的开孔宽度优选1μm～2000μm，更优选10μm～1000μm，更优选为100μm～500μm。

纳米线100电连接至第一电极层302上。所述纳米线100组成的纳米晶膜的厚度在200纳米至500纳米之间。每个纳米线100中的纳米线芯具有10纳米至80纳米的截面直径，并由1层～43层的石墨烯层围绕。

参照图3，本发明的染料敏化太阳能电池还包括染料层301。所述染料层301包括染料敏化剂，所述染料敏化剂通过吸收太阳光能够产生电动势。该染料敏化剂可以是有机染料或金属络合染料，其中有机染料包括吖啶染料、偶氮染料、靛蓝染料、醌染料、香豆素染料、部花青素染料、苯基呫吨、吲哚啉以及咔唑染料，优选香豆素染料。其中金属络合染料优选钌基染料，更优选双吡啶钌染料和三吡啶钌染料，优选N3、N719或Z907。

参照图3，本发明的染料敏化太阳能电池还包括电解质层303。所述电解质层303设置在染料层301和催化剂层401之间，其中包含氧化还原对。氧化还原对优选碘和碘化物的组合物或者溴和溴化物的组合物。其中作为氧化还原对的碘和碘化物可以是金属碘化物如LiI、NaI、KI或CaI₂和I₂；溴和溴化物可以是金属溴化物LiBr、NaBr、KBr或CaBr₂和Br₂。根据本实施例的电解质层还包括添加剂作为除氧化还原对之外的添加化合物，其中添加剂包括交联剂、光聚合引发剂、增稠剂和室温熔融盐。本发明的电解质层可以是凝胶、固体和液体形式，优选固体形式。固体形式的电解质层不易导致液体泄漏的问题。

石墨烯太阳能电池模块

本发明还提供了一种石墨烯太阳能电池模块。如图4所示，所述石墨烯太阳能电池模块包括具有弹性的第一树脂基底1a和第二树脂基底1b以及2个或多个本发明的染料敏化太阳能电池400，并且所述2个或多个染料敏化太阳能电池400设置于第一树脂基底1a和第二基底1b之间。其中，在相邻的两个染料敏化太阳能电池之间设置有固定件403，所述固定件403用于从第一树脂基底1a的外侧穿至第二树脂基底1b的外侧。每个染料敏化太阳能电池400包括设置在第一树脂基底1a表面的第一电极层302，在第一电极层302上形成的包含石墨烯纳米线100的纳米晶膜，设置在纳米晶膜上的染料层301，设置在染料层301的电解质层401以及在第二树脂基底1b上形成的第二电极层402。所述染料敏化太阳能电池400的第一电极层302设置于所述第一树脂基底1a的一个表面上。所述染料敏化太阳能电池400的第二电极层402设置在所述第二树脂基底1b的一个表面上。

参照图4，所述固定件403用于固定第一树脂基底1a和第二树脂基底1b的位置，从而使得彼此面对面设置的第一电极层302和第二电极层402处于电极层之间允许其连接的位置。其中所述固定件403自第一树脂基底1a的外侧穿过并渗入所述第二树脂基底1b的外侧。在本实施例中，第一树脂基底1a和第二树脂基底1b均为透明树脂基底，并且第一电极层302和第二电极层402均为透明电极。为实现多个染料敏化太阳能电池400之间的电连接，需要将每个染料敏化太阳能电池400的电极层之间彼此进行连接。

根据一种优选实施方式，参照图4，将图4中的三个染料敏化太阳能电池自右向左分别称为第一电池、第二电池和第三电池。为实现三个电池之间的电连接，所述第一电池的第一电极层延长至第一电池与第二电池之间的连接部，所述第二电池的第二电极层向第一电池方向延长至第一电池与第二电池的连接部并与第一电池的第一电极层的延长部分相接触。所述固定件403在连接部通过第一树脂基底1a外侧穿过第一电池的第一电极层302、第二电池的第二电极层402渗入到第二树脂基底1b的外侧，从而将第一电池和第二电池实现电连接。所述固定件403具有导电性。

同时，第二电池的第一电极层延长至第二电池与第三电池的连接部A，第三电池的第二电极层延伸至连接部A并与第二电池的第一电极层的延长部分相接触，利用固定件在连接部A通过第一树脂基底1a的外侧穿过第二电池的第一电极层302、第三电池的第二电极层402渗入到第二树脂基底1b，从而实现第二电池与第三电池之间的电连接和固定。基于上述连接方式，依次连接多个染料敏化太阳能电池。从而实现多个染料敏化太阳能电池400之间的相互连接，并通过连接具有弹性第一树脂基底1a和第二树脂基底1b防止多个染料敏化太阳能电池电极层在使用过程中的移动，更好的延长本发明的染料敏化太阳能电池的使用寿命，减少损坏率。

石墨烯太阳能电池的制备方法

本发明还提供了一种本发明所述的石墨烯太阳能电池的制备方法，根据一种优选实施方式，所述制备方法包括如下步骤：

S1：将摩尔浓度均为1mM～25mM锌盐溶液和胺类表面活性剂溶液均匀混合后，放入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中；

S2：将预置有ZnO(002)定向织构晶种高分子聚合物、金属、无极非金属、导电玻璃各种电极层衬底放于聚四氟乙烯内衬内侧，衬底晶种面与聚四氟乙烯内衬底面成0～90°角；

S3：在50～150℃保温1～6h后，自然冷却后，在衬底上生长成定向生长，结晶度好的ZnO纳米线或线阵列薄膜；

S4：利用沉积掩模500在900至100摄氏度的温度下，将ZnO纳米线或线阵列暴露于注入甲烷的烃气长达适当的长度，以便在这些纳米线之间以及纳米线本身的顶面上实现将石墨烯沉积在所述纳米线的外层，去除掩模从而在纳米线外层形成石墨烯层。

所述方法还包括将石墨烯沉积在相邻纳米线之间的空间中。通过将石墨烯超声分散在非水溶剂中，然后将羟基化处理的电极层在催化剂条件下加热，通过石墨烯端部非羧基与电极层表面的羟基发生酯化反应使石墨烯修饰到半导体纳米线之间的电极层表面。

S5：经上述处理的带有第一电极层的纳米晶膜在空气中被加热到500摄氏度15-25分钟，使沉积的石墨烯层被烧结。

S6：经处理的第一电极层被侵入在甲氧基-丙醇的1mM染料的溶液中，且在70摄氏度下热处理120分钟，然后以甲氧基-丙醇来冲洗且干燥，使得纳米晶被染料敏化。

S7：将含有聚合物的碘/碘化物的氧化还原电解质以胶体形式被沉积在纳米晶膜的表面。

S8：电连接第二电极层形成单个染料敏化太阳能电池。

根据本发明的一种优选实施方式，本发明所使用的沉积掩模如图5所示，图5示出了沉积掩模的主视图，图6是沿图5的线I-I’截取的剖视图。

如图6所示，沉积掩模500包括本体部分510和碳层520。本体部分510包括金属材料并作为沉积掩模500的框架。本体部分510包括与沉积电极层接触的第一表面500S1和沉积材料进入其中的第二表面500S2。沉积掩模500具有矩形板的形状，如图5所示。

本体部分510包括穿透第一表面500S1和第二表面500S2形成的多个开口部分500-OP。开口部分500-OP中的每一个均有侧壁500-SW限定，并且侧壁500-SW连接第一表面500S1和500S2。根据一种优选实施方式，开口部分500-OP以矩阵形式排列。

碳层520至少设置在第一表面500S1上。碳层520包括碳纳米管和石墨烯中的至少一种。石墨烯或碳纳米管具有低的表面电阻和高的电导率，因此石墨烯或碳纳米管具有高的热导率和高的耐用性。因此，在沉积掩模500与沉积电极层接触时产生的静电通过碳层520释放，从而减小起孤现象。碳层520可通过沉积、溅射、喷射或浸渍方法形成。

图7A-图7D是示出了本发明沉积掩模另一实施例的剖视图。参照图7A，碳层520设置在第一表面500S1和第二表面500S2上。此外，参照图7B，碳层520设置在第一表面500S1和侧壁500-SW上。此外参照图7C，碳层520设置在第一表面500S1、第二表面500S2和侧壁500-SW上。随着碳层520的设置区域增大，增强了沉积掩模500-1至500-3的强度，并提高了静电的释放率。

参照图7D，碳层520可具有第一层521和第二层522的多层结构。第一层521包括碳纳米管和石墨烯中的一种，第二层522包括碳纳米管和石墨烯中的另一种。第一层521和第二层522中的每一个均可以复层设置在本体部分510上。第一层521和第二层522彼此交替且周期性地堆叠，或者无规律的堆叠。此外，与图7D中所示的不同，第一层521和第二层522不仅可设置在第一表面500S1上，还可设置在第二表面500S2和侧壁500-SW上。

图8A和图8B是示出了本发明的沉积掩模的另一优选实施方式的主视图和后视图。图9是沿图8B的线II-II’截取的剖视图。沉积掩模500-5包括本体部分510和碳层520。本体部分510包括穿透第一表面500S1和第二表面500S2形成的多个开口部分500-OP。碳层520设置在第一表面500S1上。

开口部分500-OP中的每一个由侧壁500-SW限定，并且侧壁500-SW连接第一表面500S1和第二表面500S2。侧壁500-SW包括第一倾斜表面500-SW1、第二倾斜表面500-SW2、第三倾斜表面500-SW3和第四倾斜表面500-SW4。第一倾斜表面500-SW1和第二倾斜表面500-SW2沿第一方向DR1彼此面对，第三倾斜表面500-SW3和第四倾斜表面500-SW4沿第二方向DR2彼此面对，第一方向DR1和第二方向DR2互相交叉。第三倾斜表面500-SW3和第四倾斜表面500-SW4将第一倾斜表面500-SW1和第二倾斜表面500-SW2连接至彼此。

第一倾斜表面500-SW1、第二倾斜表面500-SW2、第三倾斜表面500-SW3和第四倾斜表面500-SW4增大了沉积材料进入开口部分500-OP的角度，例如相对于开口部分的进入角。因此，对应于开口部分500-OP的沉积图案具有均匀的厚度。

第一倾斜表面500-SW1和第二倾斜表面500-SW2相对于第一表面500S1形成锐角，并且相对于第二表面500S2形成钝角。尽管在附图中未示出，但第三倾斜表面500-SW3和第四倾斜表面500-SW4相对于第一表面500S1形成锐角，并且相对于第二表面500S2形成钝角。

如图9所示，第一倾斜表面500-SW1与第一表面500S1形成第一交角θ1，与第二表面500S2形成第二交角θ2。第二倾斜表面500-SW2与第一表面500S1形成第一交角θ1，与第二表面500S2形成第二交角θ2。尽管在附图中未示出，但第三倾斜表面100-SW3和第四倾斜表面500-SW4相对于第一表面500S1和第二表面500S2可具有相同的交角。

本发明利用预置有(002)定向织构晶种高分子聚合物、金属、无极非金属、导电玻璃作为电极层衬底，首先在电极层衬底上按照定向织构形成定向纳米线。然后利用上述沉积掩模通过甲烷的气相沉积在电极层衬底的定向纳米线上形成石墨烯外壳。如此制备的石墨烯包覆的纳米线中石墨烯的的生长是与太阳光的入射方向平行设置的，并且纳米线在第一电极层朝向太阳光线一侧没有石墨烯包覆，从而减少石墨烯对太阳光的吸收。增加染料敏化剂中激活电子的数量和传导率。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种石墨烯太阳能电池，所述石墨烯太阳能电池的光阳极包括第一电极层(302)、纳米晶膜以及设置在纳米晶膜表面的染料层(301)，其特征在于，所述纳米晶膜是由石墨烯层(102)包覆的半导体纳米线芯(101)组成的复合薄膜，所述纳米线芯(101)水平设置在预置有(002)织构的所述第一电极层(302)表面，通过沉积掩模(500)在所述纳米线芯(101)外层沉积形成所述石墨烯层(102)。

2.如权利要求1所述的石墨烯太阳能电池，其特征在于，所述纳米线芯(101)包括圆形横截面以及300～500纳米的纵向长度，所述纳米晶膜中包括多个纵轴平行排列的且由石墨烯包覆的所述纳米线芯(101)。

3.如权利要求1所述的石墨烯太阳能电池，其特征在于，所述纳米线芯(101)的所述石墨烯层的厚度为1层～43层。

4.如权利要求2所述的石墨烯太阳能电池，其特征在于，所述纳米线芯(101)的圆形横截面的直径尺寸不超过100纳米。

5.如权利要求1至4之一所述的石墨烯太阳电池，其特征在于，所述染料层(301)包括染料敏化剂；所述第一电极层(302)包括导电层，所述导电层是铟掺杂的氧化锡、氟掺杂的氧化锡、锑掺杂的氧化锡、氧化锌、氧化镓掺杂的氧化锌和氧化铝掺杂的氧化锌中的一种或两种以上的导电金属氧化物。

6.一种石墨烯太阳能电池模块，其特征在于，所述石墨烯太阳能模块包括具有弹性的第一树脂基底(1a)和第二树脂基底(1b)以及2个或多个权利要求1至5所述的石墨烯太阳能电池，并且所述2个或多个石墨烯太阳能电池设置于所述第一树脂基底(1a)和所述第二基底(1b)之间，

其中，在相邻的两个石墨烯太阳能之间设置有固定件(403)，所述固定件(403)用于从所述第一树脂基底(1a)的外侧渗入所述第二树脂基底(1b)的外侧。

7.如权利要求6所述的石墨烯太阳能模块，其特征在在于，所述石墨烯太阳能电池的第一电极层(302)设置于所述第一树脂基底(1a)的一个表面上，所述石墨烯太阳能电池的第二电极层(402)设置在所述第二树脂基底(1b)的一个表面上。

8.一种权利要求1至5之一所述的石墨烯太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

提供预置有(002)织构的晶种第一电极层；

利用热液合成工艺在所述电极层上形成多个纳米线芯(101)；

利用沉积掩模(500)将石墨烯沉积在所述纳米线芯(101)的外层。

9.如权利要求8所述的石墨烯太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法还包括将石墨烯沉积在相邻纳米线之间的空间中。

10.如权利要求9所述的石墨烯太阳能电池的制备方法，其特征在于，将石墨烯超声分散在非水溶剂中，然后将羟基化处理的电极层在催化剂条件下加热，通过石墨烯端部非羧基与电极层表面的羟基发生酯化反应使石墨烯修饰到纳米线之间的电极层表面。