CN108630813A - 一种柔性钙钛矿光能捕获与存储组件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明目的在于提供一种柔性钙钛矿光能捕获与存储组件及制备方法。本发明利用复合薄膜制备与激光直写技术，提供一种成本低、易生产的柔性光能捕获与存储组件的制备方法。包括如下步骤：(1)激光诱导薄膜材料：利用脉冲激光对聚酰亚胺薄膜进行扫描，得到表面型及贯穿型激光诱导石墨烯功能性薄膜。(2)功能材料的涂覆：在(1)中的贯穿型激光诱导石墨烯薄膜上喷涂二氧化钛纳米颗粒作为电子道导体，再喷涂一层钙钛矿材料作为光捕获材料，形成多层膜复合结构。(3)组件装配：将(1)和(2)中两种不同功能性薄膜连通，然后在表面型石墨烯薄膜表面添加电解液，再将(2)中的多层功能性薄膜至于电解液之上，最后利用热塑膜进行封装，得到柔性钙钛矿光能捕获及存储组件。

Description

一种柔性钙钛矿光能捕获与存储组件及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种利用激光诱导法制备柔性功能薄膜材料并进而制备光能电池及存储装置的方法。
背景技术
随着能源、环境问题日渐突出，太阳能发电作为新能源产业的中坚力量获得了大量的关注。其中，太阳能电池的发展对于整个光伏行业来说至关重要。太阳能电池提供了一种以最小的环境影响来产生电力的光电转换装置，具有环境友好无污染等特点，越来越受到人们的关注。然而在太阳能电池的设计当中，像晶硅和薄膜器件已经发展较为成熟，其主要的功能为太阳能的捕获实现光电的转换，再输出对外电路进行供电使用。而没有一种柔性的太阳能捕获和存储相结合的设计发明方案，其即可以实现在对外电路供电的，同时也实现对电能的存储，方便某些特定情况的对备用电源的需求。另外，在空间能量传输过程中，对于激光能的存储也是急需解决的问题。故而发明一种柔性钙钛矿光能捕获与存储组件及制备方法，可以实现对太阳能或激光能的捕获与存储。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性钙钛矿光能捕获与存储组件及制备方法。本发明是通过如下技术手段实现的：利用复合薄膜制备以及激光直写技术等创新手段，提供一种成本低、易生产的柔性光能捕获与存储组件。本发明的制备柔性钙钛矿光能捕获与存储组件的方法，包括如下步骤：
(1)薄膜材料的激光制备：将聚酰亚胺原生薄膜放置在脉冲激光直写加工系统上进行扫描辐照，控制激光扫描参数以及三维激光直写技术，将聚酰亚胺原生薄膜从上下表面进行贯穿辐照，得到激光诱导石墨烯功能性薄膜；而另一个只辐照聚酰亚胺原生薄膜，形成只在表面诱导的石墨烯薄膜。
(2)功能材料的涂覆：在（1）中的贯穿型激光诱导石墨烯薄膜上先喷涂一层聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)作为空穴传输层，再在其上面喷涂一层钙钛矿材料作为光捕获材料，最后在喷涂一层二氧化钛纳米颗粒作为电子传输层，形成多层膜复合结构。
(3)柔性光能捕获与存储组件的装配：在表面型诱导石墨烯薄膜表面添加固态凝胶型电解液，再将（2）中的多层功能性薄膜中的石墨烯一侧至于电解液之上，然后将(2)膜系中的电子传输层与表面型诱导石墨烯薄膜相连，最后再利用热塑膜进行上下表面塑封，即得到柔性钙钛矿光能捕获及存储组件。
与现有技术相比本发明具有以下优点：提出了一种柔性的钙钛矿光能的捕获和存储结合的方案，实现在对外电路供电的同时，也完成对电能的存储，方便某些特定情况的对备用电源的需求。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种柔性钙钛矿光能的捕获和存储组件的结构示意图；
图2为本发明一种柔性钙钛矿光能的捕获和存储组件所用的功能薄膜的设计与制备流程示意图。
图3为本发明一种柔性钙钛矿光能的捕获和存储组件所用的利用激光直写技术制备阵列式功能薄膜的设计与制备示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，并结合附图对本发明所述的一种柔性钙钛矿光能捕获与存储组件及其制备方法作进一步说明，但它仅用于说明本发明的一些具体的实施方式，而不应理解为是对本发明保护范围的任何限定。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料均可从商业途径得到。
实施例1
本实施例所述一种柔性光能捕获与存储组件及其制备方法，工艺步骤如下：
(1) 薄膜材料的激光处理：将厚度为30 μm的聚酰亚胺原生薄膜放置在脉冲激光直写加工系统上进行扫描辐照，控制激光扫描参数，只辐照聚酰亚胺原生薄膜的表面，典型的激光直接参数为，1064 nm激光，功率为1 W，聚焦物镜NA=0.4，扫描速度为1 mm/s，得到厚度为10-15 μm的表面型激光诱导石墨烯功能性薄膜2，如图2（a）所示；再利用激光3D直写技术，制备贯穿型诱导石墨烯功能性薄膜4，如图2（b）所示。
(2) 功能材料的涂覆：在（1）中的贯穿型激光诱导石墨烯薄膜上先喷涂一层聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)作为空穴传输层5，其典型厚度约为50 nm，再在其上面喷涂一层CH3NH3PbI3钙钛矿材料层6作为光捕获材料6，其厚度为500 nm，最后在喷涂一层二氧化钛纳米颗粒作为电子传输层7，其典型厚度为50 nm，形成多层膜复合结构。
(3) 柔性光能捕获与存储组件的装配：在表面型诱导石墨烯薄膜表面添加固态凝胶型电解液3，电解液为1M H2SO4-PVA凝胶电解液，然后将（2）中的多层功能性薄膜中的石墨烯一侧至于电解液之上，再将(2)膜系中的电子传输层7与表面型诱导石墨烯薄膜2相连，并利用PET热塑膜1覆盖其上下表面，并在热塑机中进行多次热压塑封，即得到柔性光能捕获及存储组件。在表面型诱导石墨烯薄膜表面添加固态凝胶型电解液，再将（2）中的多层功能性薄膜中的石墨烯一侧至于电解液之上，然后将(2)膜系中的电子传输层与表面型诱导石墨烯薄膜相连，最后再利用热塑膜进行上下表面塑封，即得到柔性钙钛矿光能捕获及存储组件。
实施例2
在实例1的步骤1中，利用激光直写技术在同一个聚酰亚胺表面一次实现多个不同诱导型石墨烯薄膜的制备，然后按照实例1中（2-3）步骤完成单个柔性钙钛矿光能捕获与存储组件的装配，在通过外围电路的连接，实现单片柔性基底上实现多个单元之间的串并联组合，提高器件的工作电流与电压。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种柔性钙钛矿光能捕获与存储组件及其制备方法，其特征在于工艺步骤如下：
本发明的目的在于提供一种柔性钙钛矿光能捕获与存储组件及制备方法；本发明是通过如下技术手段实现的：利用复合薄膜制备以及激光直写技术等创新手段，提供一种成本低、易生产的柔性光能捕获与存储组件；本发明的制备柔性钙钛矿光能捕获与存储组件的方法，包括如下步骤：
(1)薄膜材料的激光制备：将聚酰亚胺原生薄膜放置在脉冲激光直写加工系统上进行扫描辐照，控制激光扫描参数以及三维激光直写技术，将聚酰亚胺原生薄膜从上下表面进行贯穿辐照，得到激光诱导石墨烯功能性薄膜；而另一个只辐照聚酰亚胺原生薄膜，形成只在表面诱导的石墨烯薄膜；
(2)功能材料的涂覆：在（1）中的贯穿型激光诱导石墨烯薄膜上先喷涂一层聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)作为空穴传输层，再在其上面喷涂一层钙钛矿材料作为光捕获材料，最后在喷涂一层二氧化钛纳米颗粒作为电子传输层，形成多层膜复合结构；
(3)柔性光能捕获与存储组件的装配：在表面型诱导石墨烯薄膜表面添加固态凝胶型电解液，再将（2）中的多层功能性薄膜中的石墨烯一侧至于电解液之上，然后将（2）膜系中的电子传输层与表面型诱导石墨烯薄膜相连，最后再利用热塑膜进行上下表面塑封，即得到柔性钙钛矿光能捕获及存储组件。
2.根据权利要求1所述柔性钙钛矿光能捕获与存储组件及其制备方法，其特征在于步骤（2）中所述二氧化钛纳米粉的直径为10～20 nm。
3.根据权利要求1所述柔性钙钛矿光能捕获与存储组件及其制备方法，其特征在于步骤（2）所述的二氧化钛材料可以替换为氧化锌或三氧化二铝中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述柔性钙钛矿光能捕获与存储组件及其制备方法，其特征在于步骤（2）中所述的贯穿型功能性薄膜为利用激光3D直写技术所获得。
5.根据权利要求1所述柔性钙钛矿光能捕获与存储组件及其制备方法，其特征在于步骤（2）中所述的诱导型石墨烯结构薄膜为利用激光直写技术所获得。
6.根据权利要求1所述柔性钙钛矿光能捕获与存储组件及其制备方法，其特征在于步骤（3）中所述的固态凝胶型电解液可以为酸性电解液、碱性电解液或离子型电解液，亦可以为液态电解液。
7.根据权利要求1所述柔性钙钛矿光能捕获与存储组件及其制备方法，其特征在于步骤（1）中所述激光直写方法，可以同时实现在一个柔性基底上多个单元的直写制备。
8.根据权利要求1所述柔性钙钛矿光能捕获与存储组件及其制备方法，其特征在于光能包括太阳能，激光能以及普通照明光源。
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