CN204315602U - 一种线状可弯曲太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

一种线状可弯曲太阳能电池
技术领域
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
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，引起人们的广泛关注。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
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。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案，
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。
本发明所述线状可弯曲太阳能电池的工作原理如下：
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/ZnO的界面处分离为自由电子和空穴；ZnO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。
另外，所述AZO为铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃的简称。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)采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。
(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
图1是本发明所述线状可弯曲太阳能电池的结构示意图。
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
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
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，直径为100nm。
所述的透明导电薄膜为AZO薄膜，厚度为100nm。
所述的ZnO纳米线阵列膜的厚度为300nm。
所述的光活性聚合物层为P3HT:PCBM，厚度为500nm。
所述的金属层为Al，厚度为20nm。
实施例2
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。
所述的光纤为塑料光纤，直径为500nm。
所述的透明导电薄膜为AZO薄膜，厚度为100nm。
所述的ZnO纳米线阵列膜的厚度为600nm。
所述的光活性聚合物层为PEDOT:PSS，厚度为800nm。
所述的金属层为Ag，厚度为50nm。
实施例3
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。
所述的光纤为塑料光纤，直径为1000nm。
所述的透明导电薄膜为AZO薄膜，厚度为300nm。
所述的ZnO纳米线阵列膜的厚度为900nm。
所述的光活性聚合物层为P3HT:PCBM，厚度为1000nm。
所述的金属层为Au，厚度为10nm。
实施例4
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，直径为1500nm。
所述的透明导电薄膜为AZO薄膜，厚度为1000nm。
所述的ZnO纳米线阵列膜的厚度为1000nm。
所述的光活性聚合物层为PEDOT:PSS，厚度为1000nm。
所述的金属层为Ca，厚度为100nm。
实施例5
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，直径为750nm。
所述的透明导电薄膜为AZO薄膜，厚度为500nm。
所述的ZnO纳米线阵列膜的厚度为500nm。
所述的光活性聚合物层为P3HT:PCBM，厚度为1000nm。
所述的金属层为Li，厚度为30nm。
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：
1、采用无电沉积法在光纤表面生长AZO薄膜；
(1)将光纤置于丙酮超声波清洗5～10min，再置于去离子水中超声波清洗5～10min，
(2)依次浸入含有20～60g/L SnCl2、0.5～2g/L[Ag(NH3)2]OH和0.1～0.3g/L PdCl2的活化溶液中各5～10min，使得Pd粒子吸附在光纤上，得到活化光纤；
(3)将活化光纤再浸入含有0.01～0.1mol/L Zn(NO3)2、0.0005～0.005mol/L Al(NO3)3和0.01～0.03mol/L二甲氨基硼烷的生长溶液中，生长溶液温度为70～90℃，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；
2、采用水热法在覆AZO薄膜光纤表面生长ZnO纳米线阵列膜；
将所述覆AZO薄膜光纤置于含有10～30mmol/L Zn(NO3)2、10～30mmol/L六亚甲基四胺和3～10mmol/L聚乙烯亚胺的混合溶液中，混合溶液的温度为80～100℃，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；
3、采用浸涂法在覆ZnO纳米线阵列膜光纤表面制备P3HT:PCBM层；
将覆ZnO纳米线阵列膜光纤浸入温度为80～120℃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；
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℃，真空度为1～5×10-4pa，蒸镀时间2～5min，得到线状可弯曲太阳能电池。

Claims (6)

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100nm～1500nm。
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100～1000nm。
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200～1000nm。
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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104465842A (zh) * 2014-12-18 2015-03-25 广西大学 一种线状可弯曲太阳能电池及其制备方法

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