CN111816775A - 石墨烯透明导电电极及其制备方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种石墨烯透明导电电极及其制备方法和装置。上述制备方法包括：S1，采用CVD法在金属箔表面沉积石墨烯薄膜，形成预备膜；S2，采用热辊辊压方式将透明柔性基底贴合在预备膜中的石墨烯薄膜表面，形成中间膜；S3，采用送料辊将中间膜传输至醇/水混合溶液中，然后利用分离辊将中间膜中的石墨烯薄膜和透明柔性基底的结合体从金属箔表面剥离，得到结合体；S4，干燥结合体，即可得到石墨烯透明导电电极。利用本发明提供的方法可以大面积、低成本地制备出高性能的石墨烯透明导电薄膜电极。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种石墨烯透明导电电极及其制备方法和装置。
背景技术
透明导电电极对薄膜太阳能电池的能量转换效率具有至关重要的影响。一般的，良好的电池透明阳极要满足以下几个条件：1、电学特性好，功函数高，可以高效的完成空穴的收集；2、光学特性好，透明阳极要对太阳光谱尽可能的透明，以使得更多的太阳光可以进入到电池之中；3、机械性能良好；4、制备工艺简单，成品率高。目前应用于透明导电电极的材料为金属氧化物,如氧化铟锡(ITO)、氧化氟锡(FTO),俗称导电玻璃。虽然导电玻璃广泛应用于太阳能电池领域,但导电玻璃有一些缺点,如ITO里的金属离子容易自发扩散,导电玻璃对红外光谱有较强的吸收性以及导电玻璃较差的热稳定性。另外,导电玻璃在作为太阳能电池对电极的时候,需在其表面镀一层铂,来增强其导电性,这大大增加了制备成本。上述缺点制约了以导电玻璃作为窗口电极材料的太阳能电池的发展。因此亟需一种可以替代导电玻璃或是替代铂金的低成本材料以促进太阳能电池的产业化进程。
石墨烯作为一种超薄、柔性、透光性良好，并且电性能优异的薄膜材料，成为金属氧化物电极比较好的替代材料。采用CVD方法制备石墨烯薄膜具有面积大，透光性能好，导电性能好等优点，然而，由于目前采用CVD法制备和转移的的方法无法获得大面积无缺陷的透明导电电极，限制了石墨烯在光伏领域的规模化应用。采用卷对卷转移的方法可大面积转移石墨烯薄膜到柔性衬底上，专利CN105329885A公开了一种CVD石墨烯向塑料基底卷对卷转移的方法及装置，但塑料基底同石墨烯薄膜靠热熔胶粘附到一起，而热熔胶为高分子酯类，其存在影响石墨烯的导电性以及透光性，而且采用石墨烯在热水池中同Cu原始基底分离过程中，由于石墨烯表面疏水性，并水的表面张力过大，在分离过程中容易破损，影响透明导电电极的导电性。
因此，如何提高石墨烯薄膜的透光性及导电性是制备出太阳能电池高性能透明导电电极的关键问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种石墨烯透明导电电极及其制备方法和装置，以解决现有技术中制备的石墨烯透明导电电极的透光性和导电性差的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种石墨烯透明导电电极的制备方法，其包括以下步骤：S1，采用CVD法在金属箔表面沉积石墨烯薄膜，形成预备膜；S2，采用热辊辊压方式将透明柔性基底贴合在预备膜中的石墨烯薄膜表面，形成中间膜；S3，采用送料辊将中间膜传输至醇/水混合溶液中，然后利用分离辊将中间膜中的石墨烯薄膜和透明柔性基底的结合体从金属箔表面剥离，得到结合体；S4，干燥结合体，即可得到石墨烯透明导电电极。
进一步地，步骤S3中，醇/水混合溶液中醇和水的重量比为:100，其中的醇为乙醇、异丙醇及乙二醇中的一种或多种；优选地，醇/水混合溶液的温度为60～100℃。
进一步地，步骤S3中，采用送料辊将中间膜连续传输至醇/水混合溶液中，然后利用分离辊连续进行结合体的表面剥离；优选地，中间膜的传输速度为0.5～1cm/s。
进一步地，步骤S2中，透明柔性基底为PET薄膜；优选地，在将PET薄膜进行热辊辊压之前，制备方法还包括对PET薄膜进行等离子体表面处理的步骤；更优选地，等离子体表面处理的步骤包括：依次采用乙醇和去离子水对PET薄膜进行清洗，烘干；将烘干后的PET薄膜进行等离子体处理，其中采用的等离子气体为N2、H2、NH3、O2或Ar，气体流量为1～10ml/min，真空度为0～100Pa，射频功率5～300W，处理时间为0.1～5min。
进一步地，步骤S4中，在将结合体进行干燥之后，还包括：将干燥后的结合体在70～120℃条件下进行热处理，处理时间为1～3min，得到石墨烯透明导电电极。
根据本发明的另一方面，还提供了一种石墨烯透明导电电极，其是由上述制备方法制备而成，石墨烯透明导电电极的面积为0.5～2m2，方阻为80～120欧姆，透光率为90～96％。
根据本发明的又一方面，还提供了一种石墨烯透明导电电极的制备装置，其包括：石墨烯CVD沉积单元，用于在金属箔表面沉积石墨烯薄膜以形成预备膜；热辊压机，热辊压机的进料端与石墨烯CVD沉积单元的出口连接，用于热辊辊压将透明柔性基底贴合在预备膜中的石墨烯薄膜表面以形成中间膜；送料辊，送料辊的进料端与热辊压机的出料端连接，用于输送中间膜；醇/水混合溶液储液槽，用于提供醇/水混合溶液；分离辊，分离辊的进料端与送料辊的出料端连接，且分离辊位于醇/水混合溶液储液槽中，分离辊用于将中间膜中的石墨烯薄膜和透明柔性基底的结合体从金属箔表面剥离；干燥装置，用于干燥结合体以形成石墨烯透明导电电极。
进一步地，上述装置还包括加热单元，加热单元用于加热醇/水混合溶液储液槽。
进一步地，上述装置还包括：第一接收辊，第一接收辊的进料端与分离辊的出料端相连，用于接收剥离后的金属箔；第二接收辊，第二接收辊的进料端与分离辊的出料端相连，用于接收剥离后的结合体，且第二接收辊的出料端与干燥装置相连。
进一步地，还包括等离子体处理装置，等离子体处理装置的出口与热辊压机的进料端连接，等离子体处理装置用于对透明柔性基底进行等离子体表面处理。
本发明提供的石墨烯透明导电电极的制备方法，先采用CVD法在金属箔表面沉积大面积的石墨烯薄膜，然后利用卷对卷工艺将石墨烯大面积转移至透明柔性基底上。与传统卷对卷转移工艺不同的是，本发明采用热辊压机将透明柔性基底贴合在石墨烯薄膜表面，使二者很好地结合，避免了热熔胶影响透光性。然后送料辊将中间膜传输至醇/水混合溶液中，在该溶液中对中间膜的金属箔和石墨烯薄膜-透明柔性基底结合体进行剥离。醇/水混合溶液能够有效降低石墨烯薄膜与透明柔性基底间液体的表面张力，防止了石墨烯薄膜在转移过程中的破损，实现了大面积高质量的石墨烯向柔性透明基底的快速无损转移，可获得大面积高质量的石墨烯透明电极，使其兼具了良好的透光性和导电性。同时，避免了传统刻蚀剂的使用，环境友好。总之，利用本发明提供的方法可以大面积、低成本地制备出高性能的石墨烯透明导电薄膜电极。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书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示出了根据本发明一种实施例的石墨烯透明导电电极的制备装置示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、石墨烯CVD沉积单元；20、热辊压机；30、送料辊；40、醇/水混合溶液储液槽；50、分离辊；60、干燥装置；70、第一接收辊；80、第二接收辊；90、等离子体处理装置。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中制备的石墨烯透明导电电极的透光性和导电性较差。
为了解决上述问题，本发明提供了一种石墨烯透明导电电极的制备方法，其包括以下步骤：S1，采用CVD法在金属箔表面沉积石墨烯薄膜，形成预备膜；S2，采用热辊辊压方式将透明柔性基底贴合在预备膜中的石墨烯薄膜表面，形成中间膜；S3，采用送料辊将中间膜传输至醇/水混合溶液中，然后利用分离辊将中间膜中的石墨烯薄膜和透明柔性基底的结合体从金属箔表面剥离，得到结合体；S4，干燥结合体，即可得到石墨烯透明导电电极。
本发明提供的石墨烯透明导电电极的制备方法，先采用CVD法在金属箔表面沉积大面积的石墨烯薄膜，然后利用卷对卷工艺将石墨烯大面积转移至透明柔性基底上。与传统卷对卷转移工艺不同的是，本发明采用热辊压机将透明柔性基底贴合在石墨烯薄膜表面，使二者很好地结合，避免了热熔胶影响透光性。然后送料辊将中间膜传输至醇/水混合溶液中，在该溶液中对中间膜的金属箔和石墨烯薄膜-透明柔性基底结合体进行剥离。醇/水混合溶液能够有效降低石墨烯薄膜与透明柔性基底间液体的表面张力，防止了石墨烯薄膜在转移过程中的破损，实现了大面积高质量的石墨烯向柔性透明基底的快速无损转移，可获得大面积高质量的石墨烯透明电极，使其兼具了良好的透光性和导电性。同时，避免了传统刻蚀剂的使用，环境友好。
为了进一步提高剥离过程中的效果，使石墨烯薄膜更完整地转移，在一种优选的实施方式中，上述醇/水混合溶液中醇和水的重量比为0.5～10:100，其中的醇为乙醇、异丙醇及乙二醇中的一种或多种。优选地，醇/水混合溶液的温度为60～100℃。在上述温度条件下，金属箔表面能够加速被氧化(比如铜箔表面反应如下：Cu+O2+H2O→Cu(OH)2→CuO+Cu2O)，且石墨烯的存在也会加速金属箔的氧化。表面氧化后的金属箔与石墨烯薄膜之间的作用力能够相应减弱，从而能够进一步促进石墨烯薄膜与金属箔的分离。再如前文所述，由于醇的存在，降低了溶液的表面张力，减少了石墨烯薄膜的破损。总之，在上述条件下，石墨烯薄膜的玻璃过程更加完整和顺利。
在一种优选的实施方式中，上述步骤S3中，采用送料辊将中间膜连续传输至醇/水混合溶液中，然后利用分离辊连续进行结合体的表面剥离；优选地，中间膜的传输速度为0.5～1cm/s。
在一种优选的实施方式中，步骤S2中，透明柔性基底为PET薄膜。PET薄膜的透光性很好，更适宜作为柔性透明电极的衬底材料。优选地，在将PET薄膜进行热辊辊压之前，制备方法还包括对PET薄膜进行等离子体表面处理的步骤。对PET薄膜进行等离子体表面处理，能够使石墨烯与柔性透明基底结合更牢固(等离子体表面处理后PET薄膜表面带有正电荷，可同石墨烯的π电子云结合通过静电作用结合)，从而有利于进一步提高石墨烯薄膜的完整性，进而使其具有更高的透光率和导电性。
为了进一步加强等离子体处理效果，更优选地，等离子体表面处理的步骤包括：依次采用乙醇和去离子水对PET薄膜进行清洗以去除表面杂质，烘干(烘干温度优选为50～80℃)；将烘干后的PET薄膜进行等离子体处理，其中采用的等离子气体为N2、H2、NH3、O2或Ar，气体流量为1～10ml/min，真空度为0～100Pa，射频功率5～300W，处理时间为0.1～5min。
上述干燥过程优选采用氮气吹干。在一种优选的实施方式中，上述步骤S4中，在将结合体进行干燥之后，还包括：将干燥后的结合体在70～120℃条件下进行热处理，处理时间为1～3min，得到石墨烯透明导电电极。通过上述热处理，能够进一步加强柔性透明基底和石墨烯薄膜之间的结合力。
上述CVD过程中采用的条件可以是石墨烯制备领域常用的条件。在一种优选的实施方式中，上述步骤S1中，采用CVD法在金属箔表面沉积石墨烯薄膜的步骤包括：将放置有金属箔的螺旋型或S型石英槽置于反应器中，然后向反应器中通入氢气1～1000Pa，加热至700～1000℃，保温0～60min；再向反应器中通入碳氢化合物气体0.1～100000Pa，保温1～60min；后以5～100℃/min的速度降温至室温，关闭氢气和碳氢化合物气体，以在金属箔表面形成石墨烯薄膜；优选地，金属箔为铜箔、镍箔、铁箔或钴箔，且金属箔的厚度为20～100μm；优选地，碳氢化合物气体选自甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、甲醇、乙醇中的一种或多种。
上述剥离后的金属箔可以重复利用，从而节约生产成本。总之，利用本发明提供的上述制备方法制备石墨烯透明导电电极，采用卷对卷转移工艺，操作方法简单，转移效率高，实现了大面积高质量的石墨烯薄膜无损转移，适合于工业化生产。
根据本发明提供的另一方面，还提供了一种石墨烯透明导电电极，其是由上述制备方法制备而成，石墨烯透明导电电极的面积为0.5～2m2，方阻为80～120欧姆，透光率为90～96％。本发明方法所得石墨烯透明导电电极面积大，可达0.5-2m2；导电性好，方阻达80-120欧姆，透光率达90～96％，并且具有很好的柔性。此外，采用本发明的方法制备的石墨烯透明导电电极可挠性能好，在弯曲试验中，弯曲1000次以上，使太阳能电池的效率保持在原效率的92％以上，克服了传统ITO可挠性差，导电性欠佳的缺点，为传统ITO电极良好的替代材料。
在实际应用过程中，可以直接在上述石墨烯透明导电电极上依次层叠形成电子传输层、光敏层、空穴传输层以及Au电级，制备成太阳能电池。
根据本发明的又一方面，还提供了一种石墨烯透明导电电极的制备装置，如图1所示，其包括石墨烯CVD沉积单元10、热辊压机20、送料辊30、醇/水混合溶液储液槽40、分离辊50和干燥装置60，石墨烯CVD沉积单元10用于在金属箔表面沉积石墨烯薄膜以形成预备膜；热辊压机20的进料端与石墨烯CVD沉积单元10的出口连接，用于热辊辊压将透明柔性基底贴合在预备膜中的石墨烯薄膜表面以形成中间膜；送料辊30的进料端与热辊压机20的出料端连接，用于输送中间膜；醇/水混合溶液储液槽40用于提供醇/水混合溶液；分离辊50的进料端与送料辊30的出料端连接，且分离辊40位于醇/水混合溶液储液槽50中，分离辊50用于将中间膜中的石墨烯薄膜和透明柔性基底的结合体从金属箔表面剥离；干燥装置60用于干燥结合体以形成石墨烯透明导电电极。
利用本发明提供的上述装置，先利用石墨烯CVD沉积单元10在金属箔表面沉积石墨烯薄膜以形成预备膜，然后利用卷对卷工艺将石墨烯薄膜转移至透明柔性基底上，与传统卷对卷转移工艺不同的是，本发明采用热辊压机20将透明柔性基底贴合在石墨烯薄膜表面，使二者很好地结合，避免了热熔胶影响透光性。然后送料辊30将中间膜传输至醇/水混合溶液储液槽40中的醇/水混合溶液里，使其中的分离辊50在该溶液中对中间膜的金属箔和石墨烯薄膜-透明柔性基底结合体进行剥离，最后利用干燥装置60进行干燥得到产品。醇/水混合溶液能够有效调控石墨烯薄膜与透明柔性基底间液体的表面张力，防止了石墨烯薄膜在转移过程中的破损，实现了大面积高质量的石墨烯向柔性透明基底的快速无损转移，可获得大面积高质量的石墨烯透明电极，使其兼具了良好的透光性和导电性。同时，避免了传统刻蚀剂的使用，环境友好。总之，利用本发明提供的装置可以大面积、低成本地制备出高性能的石墨烯透明导电薄膜电极。
在一种优选的实施方式中，还包括加热单元，加热单元用于加热醇/水混合溶液储液槽40。这样，在加热的状态下进行剥离，金属箔表面能够加速被氧化(比如铜箔表面反应如下：Cu+O2+H2O→Cu(OH)2→CuO+Cu2O)，且石墨烯的存在也会加速金属箔的氧化。表面氧化后的金属箔与石墨烯薄膜之间的作用力能够相应减弱，从而能够进一步促进石墨烯薄膜与金属箔的分离。再如前文所述，由于醇的存在，降低了溶液的表面张力，减少了石墨烯薄膜的破损。总之，在上述条件下，石墨烯薄膜的玻璃过程更加完整和顺利。
在一种优选的实施方式中，如图1所示，上述装置还包括第一接收辊70和第二接收辊80，第一接收辊70的进料端与分离辊50的出料端相连，用于接收剥离后的金属箔；第二接收辊80的进料端与分离辊50的出料端相连，用于接收剥离后的结合体，且第二接收辊80的出料端与干燥装置60相连。在第一接收辊70和第二接收辊80的牵引作用下，整个剥离过程更为顺利。
在一种优选的实施方式中，上述装置还包括热处理装置，热处理装置用于对干燥后的结合体进行热处理。这样有利于进一步加强石墨烯薄膜与基底之间的结合力。更优选地，上述热处理装置即为干燥装置60。这样，在实际操作过程中只需分阶段控制干燥装置60中的温度和时间，即可在同一装置中完成干燥和热处理过程，节约了设备和占地面积。
在一种优选的实施方式中，上述装置还包括等离子体处理装置90，等离子体处理装置90的出口与热辊压机20的进料端连接，等离子体处理装置90用于对透明柔性基底进行等离子体表面处理。这样，在热辊辊压之前先对PET薄膜进行等离子体表面处理，能够使石墨烯与柔性透明基底结合更牢固(等离子体表面处理后PET薄膜表面带有正电荷，可同石墨烯的π电子云结合通过静电作用结合)，从而有利于进一步提高石墨烯薄膜的完整性，进而使其具有更高的透光率和导电性。
在一种优选的实施方式中，上述装置还包括清洗单元，清洗单元与等离子体处理装置90的进口连接，用于在等离子体表面处理之前对透明柔性基底进行清洗。利用清洗单元可以在等离子体处理之前先去除柔性透明基底表面的杂质。
在一种优选的实施方式中，上述装置还包括氮气供应装置，氮气吹扫装置用于向干燥装置60中供应氮气。这样可以在氮气条件下进行干燥，避免了杂质的引入，有利于进一步保证石墨烯透明导电电极的电性能。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
采用图1中的装置制备石墨烯透明导电电极，具体如下：
(1)CVD法制备石墨烯薄膜。将放置有Cu箔片的石英槽置于反应器内，通入氢气10Pa，加热至1000℃，保温40分钟，然后再通入甲烷气体100Pa，再保温30分钟，之后以80℃/分钟的速度降温至室温，关闭氢气和甲烷气体，在Cu箔片上得石墨烯薄膜。
(2)将石墨烯薄膜转移至透明绝缘衬底
A、通过热辊辊压方式将透明柔性基底贴合在上述CVD法制备的石墨烯薄膜表面上，形成透明柔性基底/石墨烯薄膜/金属箔结合体，依次穿过送料馄、分离馄、分离辊、分别将铜箔和石墨烯/PET薄膜卷绕在第一接收辊和第二接收辊的表面。上述透明柔性基底为经等离子体表面处理的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，等离子体表面处理以增强石墨烯与PET的相互作用。具体处理工艺如下：依次采用乙醇和去离子水对PET薄膜进行清洗以去除表面杂质，50℃烘干；将烘干后的PET薄膜进行等离子体处理，其中采用的等离子气体为N2，气体流量为10ml/min，真空度为100Pa，射频功率5W，处理时间为5min。
B、通过送料辊将上述透明柔性基底/石墨烯薄膜/金属箔结合体传导至100℃的醇/水溶液中，再经分离辊将金属箔和石墨烯薄膜/透明柔性基底结合体进行剥离，得到石墨烯薄膜/透明柔性基底结合体。上述醇/水溶液中的醇为乙醇，醇/水质量比为10:100，传导速率为1cm/s。剥离后的金属箔可重复用于CVD制备石墨烯薄膜。
C、将上述石墨烯薄膜/透明柔性基底结合体经干燥氮气流吹干，再经100℃热处理3min，增强石墨烯薄膜与PET的结合力，得到石墨烯透明导电电极。
(3)采用上述石墨烯透明导电电极，在其表面依次沉积有机聚合物薄膜(P3HT：PCBM/PEDOT：PSS)/Au电极，从而制备出采用大面积低成本石墨烯薄膜为电极的有机太阳能电池。
性能测试：
方阻：采用四探针测试仪进行测试，经测试，石墨烯透明导电电极的方阻为110Ω/口。
透光率：采用紫外可见分光光度计进行测试，波长范围为300nm-800nm，经测试，石墨烯透明导电电极的透光率为96％。
有机太阳能电池效率和可挠性：光电转换效率测试在太阳能光伏测试仪中进行，测试条件为：标准光强AM1.5，1000W/平方米，温度25℃，经测试，上述有机太阳能电池光电转换效率可达到11％，并且经1000次弯曲循环测试后，效率仍保持原有效率的92％以上。
实施例2
与实施例不同之处在于步骤(2)不同，具体如下：
A、通过热辊辊压方式将透明柔性基底贴合在上述CVD法制备的石墨烯薄膜表面上，形成透明柔性基底/石墨烯薄膜/金属箔结合体，依次穿过送料馄、分离馄、分离辊、分别将铜箔和石墨烯/PET薄膜卷绕在第一接收辊和第二接收辊的表面。上述透明柔性基底为经等离子体表面处理的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，等离子体表面处理以增强石墨烯与PET的相互作用。具体处理工艺如下：依次采用乙醇和去离子水对PET薄膜进行清洗以去除表面杂质，50℃烘干；将烘干后的PET薄膜进行等离子体处理，其中采用的等离子气体为H2，气体流量为1ml/min，真空度为10Pa，射频功率300W，处理时间为0.1min。
B、通过送料辊将上述透明柔性基底/石墨烯薄膜/金属箔结合体传导至80℃的醇/水溶液中，再经分离辊将金属箔和石墨烯薄膜/透明柔性基底结合体进行剥离，得到石墨烯薄膜/透明柔性基底结合体。上述醇/水溶液中的醇为乙醇，醇/水质量比为0.5:100，传导速率为0.5cm/s。剥离后的金属箔可重复用于CVD制备石墨烯薄膜。
C、将上述石墨烯薄膜/透明柔性基底结合体经干燥氮气流吹干，再经120℃热处理1min，增强石墨烯薄膜与PET的结合力，得到石墨烯透明导电电极。
性能测试：
方阻：经测试，石墨烯透明导电电极的方阻为120Ω/口。
透光率：经测试，石墨烯透明导电电极的透光率为90％。
有机太阳能电池效率和可挠性经测试，上述有机太阳能电池光电转换效率可达到10.2％，并且经1000次弯曲循环测试后，效率仍保持原有效率的93％以上。
实施例3
与实施例不同之处在于步骤(2)不同，具体如下：
A、通过热辊辊压方式将透明柔性基底贴合在上述CVD法制备的石墨烯薄膜表面上，形成透明柔性基底/石墨烯薄膜/金属箔结合体，依次穿过送料馄、分离馄、分离辊、分别将铜箔和石墨烯/PET薄膜卷绕在第一接收辊和第二接收辊的表面。上述透明柔性基底为经等离子体表面处理的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，等离子体表面处理以增强石墨烯与PET的相互作用。具体处理工艺如下：依次采用乙醇和去离子水对PET薄膜进行清洗以去除表面杂质，80℃烘干；将烘干后的PET薄膜进行等离子体处理，其中采用的等离子气体为NH3，气体流量为8ml/min，真空度为50Pa，射频功率200W，处理时间为3min。
B、通过送料辊将上述透明柔性基底/石墨烯薄膜/金属箔结合体传导至60℃的醇/水溶液中，再经分离辊将金属箔和石墨烯薄膜/透明柔性基底结合体进行剥离，得到石墨烯薄膜/透明柔性基底结合体。上述醇/水溶液中的醇为乙醇，醇/水质量比为8:100，传导速率为0.5cm/s。剥离后的金属箔可重复用于CVD制备石墨烯薄膜。
C、将上述石墨烯薄膜/透明柔性基底结合体经干燥氮气流吹干，再经70℃热处理3min，增强石墨烯薄膜与PET的结合力，得到石墨烯透明导电电极。
性能测试：
方阻：经测试，石墨烯透明导电电极的方阻为80Ω/口。
透光率：经测试，石墨烯透明导电电极的透光率为93％。
有机太阳能电池效率和可挠性经测试，上述有机太阳能电池光电转换效率可达到10.6％，并且经1000次弯曲循环测试后，效率仍保持原有效率的92％以上。
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 (10)
1.一种石墨烯透明导电电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，采用CVD法在金属箔表面沉积石墨烯薄膜，形成预备膜；
S2，采用热辊辊压方式将透明柔性基底贴合在所述预备膜中的所述石墨烯薄膜表面，形成中间膜；
S3，采用送料辊将所述中间膜传输至醇/水混合溶液中，然后利用分离辊将所述中间膜中的所述石墨烯薄膜和所述透明柔性基底的结合体从所述金属箔表面剥离，得到所述结合体；
S4，干燥所述结合体，即可得到所述石墨烯透明导电电极。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述醇/水混合溶液中醇和水的重量比为(0.5～10):100，其中的醇为乙醇、异丙醇及乙二醇中的一种或多种；优选地，所述醇/水混合溶液的温度为60～100℃。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，采用所述送料辊将所述中间膜连续传输至所述醇/水混合溶液中，然后利用所述分离辊连续进行所述结合体的表面剥离；优选地，所述中间膜的传输速度为0.5～1cm/s。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述透明柔性基底为PET薄膜；优选地，在将所述PET薄膜进行热辊辊压之前，所述制备方法还包括对所述PET薄膜进行等离子体表面处理的步骤；更优选地，所述等离子体表面处理的步骤包括：
依次采用乙醇和去离子水对所述PET薄膜进行清洗，烘干；
将烘干后的所述PET薄膜进行等离子体处理，其中采用的等离子气体为N2、H2、NH3、O2或Ar，气体流量为1～10ml/min，真空度为0～100Pa，射频功率5～300W，处理时间为0.1～5min。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，在将所述结合体进行干燥之后，还包括：
将干燥后的所述结合体在70～120℃条件下进行热处理，处理时间为1～3min，得到所述石墨烯透明导电电极。
6.一种石墨烯透明导电电极，其特征在于，由权利要求1至5中任一项所述的制备方法制备而成，所述石墨烯透明导电电极的面积为0.5～2m2，方阻为80～120欧姆，透光率为90～96％。
7.一种石墨烯透明导电电极的制备装置，其特征在于，包括：
石墨烯CVD沉积单元(10)，用于在金属箔表面沉积石墨烯薄膜以形成预备膜；
热辊压机(20)，所述热辊压机(20)的进料端与所述石墨烯CVD沉积单元(10)的出口连接，用于热辊辊压将透明柔性基底贴合在所述预备膜中的所述石墨烯薄膜表面以形成中间膜；
送料辊(30)，所述送料辊(30)的进料端与所述热辊压机(20)的出料端连接，用于输送所述中间膜；
醇/水混合溶液储液槽(40)，用于提供醇/水混合溶液；
分离辊(50)，所述分离辊(50)的进料端与所述送料辊(30)的出料端连接，且所述分离辊(40)位于所述醇/水混合溶液储液槽(50)中，所述分离辊(50)用于将所述中间膜中的所述石墨烯薄膜和所述透明柔性基底的结合体从所述金属箔表面剥离；
干燥装置(60)，用于干燥所述结合体以形成所述石墨烯透明导电电极。
8.根据权利要求7所述的制备装置，其特征在于，还包括加热单元，所述加热单元用于加热所述醇/水混合溶液储液槽(40)。
9.根据权利要求7或8所述的制备装置，其特征在于，还包括：
第一接收辊(70)，所述第一接收辊(70)的进料端与所述分离辊(50)的出料端相连，用于接收剥离后的所述金属箔；
第二接收辊(80)，所述第二接收辊(80)的进料端与所述分离辊(50)的出料端相连，用于接收剥离后的所述结合体，且所述第二接收辊(80)的出料端与所述干燥装置(60)相连。
10.根据权利要求7或8所述的制备装置，其特征在于，还包括等离子体处理装置(90)，所述等离子体处理装置(90)的出口与所述热辊压机(20)的进料端连接，所述等离子体处理装置(90)用于对所述透明柔性基底进行等离子体表面处理。
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Effective date of registration: 20210113 Address after: Unit 611, unit 3, 6 / F, building 1, yard 30, Yuzhi East Road, Changping District, Beijing 102208 Applicant after: Zishi Energy Co.,Ltd. Address before: Room a129-1, No. 10, Zhongxing Road, science and Technology Park, Changping District, Beijing Applicant before: DONGTAI HI-TECH EQUIPMENT TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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Application publication date: 20201023 |
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