專利名稱：一種基于碳納米管纖維的有機太陽能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳納米管纖維的高效率太陽能電 池及其制備方法。
背景技術(shù)：
碳納米管由于其極大的比表面積(如單壁碳納米管ieoomVg)1和優(yōu)秀的電學(xué)性質(zhì) 2，被廣泛地應(yīng)用于制作高效率的有機太陽能電池。例如在二氧化鈦納米粒子膜中摻入碳納 米管可以增加膜的粗糙度并減少電子空穴對的耦合3’ 4 ；用碳納米管來代替鉬作為對電極 催化三碘化物的還原5，從而提高電池的性能。在聚合物太陽能電池中，碳管分布在電子給 體層中可以提高短路電流密度和填充因子，因為電荷在碳管和電子給體的界面分離并有利 于電子的轉(zhuǎn)移6’ 7。但是，提高的程度卻不夠理想，主要是因為碳管在材料中是無規(guī)分布并 很容易聚集，從而降低了材料的導(dǎo)電性8。電子在無歸分布的碳管中傳輸需要穿過很多的障 礙，而取向的碳管能夠有效提高電荷傳輸?shù)男?，從而提高電池性?。另外，典型的太陽能電池是平面型，在很多的應(yīng)用領(lǐng)域不便于利用，特別是便攜式 和高集成的設(shè)備1(1’ 11O因此，柔性太陽能電池成為近年來的熱點研究論題。特別是可編織 的纖維狀太陽能電池具有很好的應(yīng)用前景，因此近年來越來越受到人們的關(guān)注?；诮饘?線、玻璃纖維和聚合物纖維的線狀太陽能電池已經(jīng)出現(xiàn)1H7。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種短路電流高、單色光量子效率高和能量轉(zhuǎn)換效率高的 太陽能電池。本發(fā)明提出的太陽能電池的結(jié)構(gòu)及工作原理如圖10所示。該太陽能電池的改進 之處在于采用經(jīng)染料N719敏化的碳納米管纖維作為工作電極材料，采用FTO導(dǎo)電玻璃或 FTO-PEN導(dǎo)電塑料作為工作電極和對電極的基質(zhì)；采用Lil、I2、二甲基-3-N-丙基咪唑碘 和特丁基吡啶的無水乙腈溶液作為電解液。該太陽能電池的制備步驟如下
1、制備太陽能電池工作電極
碳納米管纖維紡出后，直接拉到FTO導(dǎo)電玻璃(1.5 cm X 1.5 cm)(透光率90% ；方塊 電阻15W/ □)的導(dǎo)電面上，用溶劑浸潤，使碳納米管纖維與FTO導(dǎo)電玻璃接觸良好；然后將 樣品放入馬弗爐中在345—355°C (優(yōu)選350 °C)燒結(jié)0. 4 — 0. 6小時(優(yōu)選0. 5 h)，待冷卻 到118—122°C (優(yōu)選120。C)時，將其放入N719的乙腈溶液(0. 3 mM)中10—14小時(優(yōu)選 12 h)；樣品取出，用無水乙醇沖洗，用氮氣槍吹干，用作電池的工作電極；
2、封裝太陽能電池
用打有兩個小孔(用于注入電解質(zhì))的鍍鉬的FTO導(dǎo)電玻璃(1.5 cm X 1.5 cm)作為 對電極，用含有孔(0.5 cm X 0.5 cm)的熱塑性塑料Surlyn (中文名稱沙林塑料)將工 作電極和對電極在98-102°C (優(yōu)選100。C)熱壓到一起；然后將液體電解質(zhì)(0. 1 M LiI,0.05 M I2,0.6 M 二甲基-3-N-丙基咪唑碘和0. 5 M特丁基吡啶的無水乙腈溶液)從對電 極的小孔處注入到電池中；小孔用Surlyn塑料和玻璃片在98__102°C (優(yōu)選100 °C)熱壓 密封，即得到所需的太陽能電池。上述制備方法中，F(xiàn)TO導(dǎo)電玻璃也可以改用FTO-PEN導(dǎo)電塑料，即以FTO-PEN導(dǎo)電 塑料作為工作電極和對電極的基質(zhì)，燒結(jié)溫度在128-132 0C (優(yōu)選130 °C)，其它工藝條件 相同的條件下，則制得柔性太陽能電池。本發(fā)明使用的碳納米管纖維的制備步驟為
合成碳納米管陣列的催化劑結(jié)構(gòu)為Si/Si02(600 μ m)/Al2O3(10 nm)/Fe(l nm)，其中 Al2O3位于硅片和Fe的中間，作為緩沖層，F(xiàn)e作為催化劑，它們分別通過電子束蒸發(fā)鍍膜 儀在硅片上沉積一層納米厚度的膜制備的。采用化學(xué)氣相沉積法，用乙烯做碳源，氬氣和 氫氣作為載氣，在有氧化層Si基片上合成高度取向的碳納米管陣列；其中乙烯流量為240 sccm，氬氣流量為560 sccm，氫氣流量為34 sccm，在管式爐中生長13 min2' 23。用一可以旋轉(zhuǎn)的微探頭，以碳納米管陣列為原料，干法紡絲制備碳納米管纖維。通 過控制拉出碳納米管帶的寬度調(diào)控碳納米管纖維的直徑，直徑為2-20 ym，調(diào)節(jié)探頭的轉(zhuǎn) 速為1000-2000 rad/min，從而控制碳納米管纖維的捻度。本發(fā)明提出的太陽能電池，首次使用柔性、質(zhì)輕、超強的半導(dǎo)體性碳納米管制備了 一系列新型的太陽能電池，他們的短路光電流達到了 10.3 mA/cm2，最大單色光的量子效率 超過了 90%，能量轉(zhuǎn)換效率達到了 2. 2%。和傳統(tǒng)的剛性平面電池以及最近開始研究的柔性 薄膜或纖維電池相比，碳納米管纖維太陽能電池具有其獨特的優(yōu)勢。第一，由于碳納米管是 相互平行排列的是纖維具有優(yōu)良的電學(xué)性能18_24，使這類太陽能電池具有高的短路電流、更 好的單色光量子效率和高的能量轉(zhuǎn)換效率。第二，碳納米管纖維具有極好的機械性能，如比 Kevlar更強，拉伸強度比最強的工業(yè)纖維zylon和dyneema更高18。第三，這些碳納米管纖 維的直徑可調(diào)、質(zhì)輕、彎曲性能好且可編制等優(yōu)點21。以上的性質(zhì)賦予了基于碳納米管纖維 對太陽能電池廣泛的應(yīng)用前景，包括挑戰(zhàn)傳統(tǒng)太陽能電池，比如太空飛船的能量再生和集 成太陽能電池的衣物等。首先通過化學(xué)氣相沉積法合成出高質(zhì)量的碳納米管陣列(如圖5所示)。以氧化鋁 層上面的鐵作為催化劑，乙烯作為碳源，含6% H2的Ar作為載體通入管式爐，在管式爐中進 行合成23。反應(yīng)溫度在760 °C，合成時間為10-20分鐘。纖維可直接從碳納米管陣列中紡 出，通過調(diào)節(jié)拉出碳管帶的寬度控制纖維的直徑(2-20 μ m)，調(diào)節(jié)紡絲頭的轉(zhuǎn)速控制纖維 的捻度，碳納米管纖維能夠紡成幾十米或更長。圖6 (a)是一卷長達數(shù)十米的碳納米管纖 維，從圖6 (b)可以看出碳管纖維的直接是很均勻的。碳納米管纖維的密度在1 g/cm3的 數(shù)量級，它的線密度在10 mg/m的數(shù)量級，而棉線和羊毛線的密度分別是10 mg/m和20-100 mg/m19。如圖Ia所示，碳納米管纖維是柔性的、可彎曲的，折疊多次后并不會折斷。從圖Ia 的高倍透射電鏡可以看出多壁碳納米管的直徑約為8. 5nm。由于纖維是由高度排列的碳管組成，所以纖維具有優(yōu)秀的機械性能和電學(xué)性能。 從圖2a中可以看到，碳納米管纖維的比強度和比剛度比現(xiàn)在的工程纖維更加高。如碳納米 管纖維的比強度是目前最強工業(yè)纖維TlOOO的2. 9倍，碳納米管纖維的比剛度是目前最強 工業(yè)纖維的3. 9倍。碳納米管纖維在室溫下的電導(dǎo)率在IO2到IO3 S/cm之間。從圖2b是 使用四探針法測得的纖維電導(dǎo)率隨溫度的變化曲線，電導(dǎo)率隨著溫度(5-310K)的增加而增大的現(xiàn)象，說明碳管纖維是具有半導(dǎo)體性質(zhì)，這一性質(zhì)在光電領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用23’ 24O電子能夠迅速的沿碳納米管進行傳輸，而不像在納米顆粒的粒子的界面處傳輸，從而使 電子和空穴的傳輸更為有效19。例如，碳納米管纖維可以取代TiO2納米顆粒來制備高性能 的染料敏化太陽能電池。另外，通過空氣、氧等離子體或強酸等對其進行表面處理，碳納米 管的功函可進一步調(diào)節(jié)，以使其與染料的能帶匹配，進一步改善染料與碳納米管直接的電 子傳輸25。更進一步的分析(如圖7所示)說明道纖維中電荷的傳導(dǎo)是通過三維跳躍式機制 來進行的，詳細的計算已有很多報道23。電子并不是固定地沿著纖維的方向傳輸，可能從碳 納米管的一端跳到另外一端，或者從一根碳納米管跳躍到另外一根碳納米管。這種三維結(jié) 構(gòu)的電傳導(dǎo)對于太陽能電池的優(yōu)良性能是至關(guān)重要的。碳納米管纖維具有很高的表面積，大約為IO2 m2/g26，因此，包括無機的金納米粒子 22、有機小分子24、高分子24、有機無機混合分子等多種材料如Y-isocyanatopropyltrietho xysilane都能很容易地通過物理或化學(xué)方法連接到碳納米管纖維上23。圖3a是碳納米管 纖維在10，12-pentacosadiynoic中浸泡然后進行光致聚合后的激光共聚焦掃描圖像。紅 色即是對應(yīng)著分散在碳納米管纖維中發(fā)出熒光的聚二炔。圖3b和3c進一步比較了結(jié)合了 染料的碳納米管纖維的SEM圖。也就是，染料cis-diisothiocyanato-bisQ，2，_bipyridy 1-4，4，_dicarboxylato) ruthenium (I I) bis (tetrabutylammonium)(簡稱為 N719,化學(xué)結(jié) 構(gòu)如圖8所示)也能很好地分布在碳納米管纖維中。通過拉曼光譜進一步證實染料N719被吸附到碳納米管纖維上。圖S5分別是純的 碳納米管纖維和吸附有N719的復(fù)合纖維的拉曼光譜比較。對于一根純的碳納米管纖維，G 帶在1576 cnT1的位置，而且峰很強，而D帶在1345 cnT1的位置，這說明組成纖維的碳納米 管比較純凈。碳納米管/N719的復(fù)合纖維的Raman圖譜顯示，在2090 cnT1位置的峰是弱的 異氰酸酯的位移，在1400-1600 cnT1位置是聯(lián)吡啶的位移，在1250- 1350 cnT1位置是C-C 環(huán)和C-O拉伸的峰，從而確定N719染料成功被復(fù)合到碳管纖維中27。本發(fā)明利用碳納米管-N719的復(fù)合纖維制作了有機太陽能電池，實驗細節(jié)見實驗 方法部分。在模擬太陽光(AM 1. 5，100 mff/cm2)照射下，電池的能量轉(zhuǎn)換效率為1. 6%_2. 2%， 典型的電流密度-電壓特征曲線如圖4a所示。用一根復(fù)合纖維(長度為5 mm，直徑為6 mm) 做的太陽能電池的短路電流密度為10.3 mA/cm2，開路電壓為0.47 V，填充因子為0. 45，能 量轉(zhuǎn)換效率達到了 2. 2%。值得注意的是，盡管吸附有N719染料的導(dǎo)電玻璃也可以產(chǎn)生光電 流，/s。為0. 008-0. 03 mA/cm2，但與用碳管纖維制備的電池產(chǎn)生的光電流相比是可以忽略不 計的，而純的碳納米管纖維在光照下是不能產(chǎn)生光電流的，所以，觀測到的光電流是由吸附 到N719的復(fù)合纖維產(chǎn)生的，而不是由純的碳納米管纖維或者N719染料單獨產(chǎn)生的。為進一步確認在上述器件中光電流的產(chǎn)生，本發(fā)明測試了入射光的量子轉(zhuǎn)換效率 對波長的函數(shù)，并與染料N719溶液的紫外光吸收光譜(圖4b)進行了比較。很明顯，兩者的 光譜圖十分的相似，因此可以說明染料N719是光電流產(chǎn)生的根本原因?？紤]到電極的吸收 和反射，在530nm處，電池的光電量子轉(zhuǎn)換效率達到了 90%以上，接近100%28。這是一個很 高的光捕獲效率，電子注入和電荷收集同時實現(xiàn)。如圖9所示，從碳納米管和N719的復(fù)合纖維產(chǎn)生的光電流，說明電子從激發(fā)態(tài) N719分子注入到碳納米管的導(dǎo)帶，然后沿著碳納米管傳輸，被相應(yīng)電極吸收，通過外電路達 到對電極。剩下的染料陽離子被Γ還原同時生成13_，13_被在對電極吸收的電子轉(zhuǎn)換成Γ。在這一個循環(huán)中沒有不可逆的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，因此可以從N719和氧化還原系統(tǒng)中一直產(chǎn) 生光電流。光電子在碳納米管纖維的產(chǎn)生和傳輸如圖4c所示。光電流來自于半導(dǎo)體性碳納 米管的費米能級和電解液中的氧化還原對的電化學(xué)勢之間的差別。取向的碳納米管顯示出 三維的導(dǎo)電模型，電子能有效地進行傳輸，因此這種新型的太陽能電池表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。 基于以上討論，就不難理解電池的光電流是與纖維的長度成線性關(guān)系了。圖10為碳納米管纖維太陽能電池的工作原理示圖，其中CNTs代表碳納米管。為進一步理解上述機理，本發(fā)明比較了分別用強酸處理前后的碳納米管纖維制備 的太陽能電池的光伏性能。通過強酸處理能在碳納米管的表面產(chǎn)生羧基，同時也能調(diào)控碳 納米管的Fermi能級。圖11是用酸處理前后碳納米管纖維的Raman光譜對比。用強酸處 理后碳納米管纖維的G帶強度明顯降低并向短波數(shù)移動，而D帶強度明顯增強，并向長波數(shù) 移動。如之前的預(yù)測，利用酸化前后的碳納米管纖維制備的電池的光電流分別為6. 1 μ A和 4. 1 μ Α，效率分別為2. 2%和1. 5%。另外，我們發(fā)現(xiàn)電池中碳納米管密度的增加能夠明顯改 善光電子的傳輸效率。例如，用溶劑處理后，碳納米管纖維的直徑收縮20%，相應(yīng)電池的效率 從2. 2%升高到4. 0%。同時，我們利用相同的制備工藝，用柔性ITO-PEN導(dǎo)電塑料代替FTO 導(dǎo)電玻璃制備了柔性太陽能有機電池。這些柔性器件與基于FTO的器件的光伏性能接近， 二者的效率比nITO-PEN/nFTO大約為0.83。有趣的是，當這些柔性器件被彎曲時(大于25%)， 它們的能量轉(zhuǎn)換效率略有升高。進一步理解并優(yōu)化這類光伏器件的工作還在進行中?？偨Y(jié)來說，本發(fā)明首次利用柔性、質(zhì)輕、超強的半導(dǎo)體性碳納米管纖維制備了一種 新型太陽能電池。由于纖維中碳納米管高度取向排列，電荷能夠有效地分離和傳輸，使得纖 維狀太陽能電池具有很好的性能。另外，電池的性能還有很大的提高空間，如通過降低碳 納米管的費米能級來提高開路電壓，通過提高纖維和電荷收集處的電子接觸來提高填充因 子，通過提高纖維中染料的吸收量來提高短路電流。該發(fā)明拓展了構(gòu)筑高效太陽能電池的 材料及構(gòu)型，并為制作一系列新型高效的光伏設(shè)備的應(yīng)用提供了一個示例。


圖1為碳納米管纖維的掃描電鏡照片和碳納米管的透射電鏡照片。其中，a，碳納 米管纖維典型的結(jié)說明其極好的柔性和抗扭曲性能。b，碳納米管的高倍透射電鏡照片。圖2為碳納米管纖維的機械性能和電學(xué)性能。其中，a，碳納米管的機械性能(紅 點)與其他纖維如工程纖維(青色三角形)和碳纖維(藍色正方形)的比較；b，碳納米管纖維 電導(dǎo)率隨溫度的變化。圖3為有機物被復(fù)合到碳納米管纖維中的圖片，其中，a，碳納米管/聚二炔復(fù)合纖維 的激光共聚焦圖片；b和c，分別對應(yīng)碳納米管纖維在復(fù)合上染料N719前后的掃描電鏡圖片。圖4為碳納米管纖維太陽能電池的表征。其中，a，太陽能電池在100 mff/cm2的 模擬太陽光的照射下的/-Z曲線；b，電池的單色光的量子效率(紅色)和乙醇中N719染料 的紫外吸收光譜；c，在碳納米管和N719的復(fù)合纖維中產(chǎn)生和傳輸光電子的示意圖。紅色的 箭頭表示太陽光，綠色管、紅色點、藍色球體分別代表碳納米管、N719染料和光電子；d，電 池的短路電流隨纖維長度的變化關(guān)系。圖5為碳納米管陣列的Scanning electron microscopy (SEM)側(cè)面照片。圖6為碳納米管纖維形狀。其中，a，一卷長達數(shù)十米的碳納米管纖維；b，一排纖維的掃描電鏡照片。圖 7 基于 Mott，s variable range hopping model 模型的 In σ 對 r1/(d+1)的擬 合曲線，其中ο電導(dǎo)率，T是溫度，d是維度。其中，a，一維躍遷機制，其中d = 1 ；b, 二維 躍遷機制，其中d = 2 ；c，三維躍遷機制，其中d = 3。圖8為染料N719的化學(xué)結(jié)構(gòu)。圖9為拉曼光譜，其中黑線代表純碳納米管纖維，紅線代表碳納米管/N719復(fù)合纖 維。圖10為碳納米管纖維太陽能電池的工作原理示意圖，其中CNTs代表碳納米管。圖11拉曼光譜，其中紅線代表純碳納米管纖維，藍線代表強酸處理后的碳納米管 纖維。
具體實施例方式以Fe (Inm)/Al2O3 (IOnm)/Si02/Si作為催化劑在管式爐的石英管中使用典型的化 學(xué)氣相沉積法來合成。合成的細節(jié)和纖維中碳管的自組裝在其他地方已經(jīng)報道。紡絲用的 微探針的轉(zhuǎn)速從1000轉(zhuǎn)/分鐘到3000轉(zhuǎn)/分鐘不等。染料N719是從Solaronix購買，使 用前并未進行進一步的純化。導(dǎo)電玻璃(摻氟的Sn02構(gòu)成，透光率為90%，方塊電阻為15W) 購買自Nippon Sheet Glass Co.，使用前使用乙醇，丙酮，Milli-Q Millipore超純水在超 聲下清洗。使用的電解液組成成分為0. 1 M LiI, 0. 05 M 12,0.6 M 二甲基-3-N-丙基咪唑 碘和0.5 M特丁基吡啶溶在脫水乙腈中.導(dǎo)電玻璃和用鉬修飾過的導(dǎo)電玻璃分別用做電池 的工作電極和對電極。碳納米管的結(jié)構(gòu)是通過透射電子電鏡(TEM，JEOL JEM-2100F operated at 200 kV)來表征的，碳納米管纖維的結(jié)構(gòu)是通過掃描電子顯微鏡(SEM，Hitachi FE-SEM S-4800 operated at 1 kV)來表征的，掃描電鏡的樣品表面覆蓋一張很薄的碳膜，來提高觀察的分 辨率。透射電鏡的樣品是通過把碳納米管和乙醇的混合溶液滴到銅網(wǎng)上來制作的。機械 性能是通過島津表頭式萬能試驗儀來測得的，測試時纖維被固定在一張有圓孔的紙張上， 圓孔的直徑為5mm，纖維的直徑是通過掃描電鏡來確定的。激光共聚焦掃描電鏡的型號是 Olympus FV300，工作時的波長為488nm。拉曼光譜是在Renishaw inVia Reflex儀器上測 得，激發(fā)波長為514. 5 nm，室溫下激光的能量為20 mW。紫外光譜是在Shimadz UV-3150 — 起上測得。纖維狀太陽能電池的J-V是在Keithley 2400型號的模擬太陽光AMI. 5G( 100 mff/ cm2)下測得的，太陽模擬器為Oriel - 91193配有1000瓦氙燈和AMI. 5的過濾器。光密度 是通過參考硅太陽能電池來算得的。入射光光電轉(zhuǎn)換效率是通過Oriel-74125系統(tǒng)來測量 的，而單色光的密度是通過一個硅的二極管探測器來測量的。散射光是通過一個含有比纖 維稍大一些的小孔的擋板來遮住的。參考文獻B. J. Landi, R. P. Raffaelle5S. L. Castro, S. G. Bailey,Prog. PhotovoltRes. Appl2005,13, 165[2]Q. Li，Y. Li，X. Zhang, S. E. Peterson, P. N. Arendt53. Chikkannanavar，Y. Zhao, A. L Zhu， Adv. Mater. 2007, 19,M. Dangelewicz， 3358.L. Zheng,S. K.Doom,Jia，D.[3]C. Yen, Y. Lin, S. Liao5 C.Weng5 C. Huang, C. Hsi eh,C. Ma, M. Chang，H. Shao5M. Tsai, C.Hsieh，C.Tsai， F. Weng, Nanotechnology2008, 19, 375305.[4]S. L. Kim， S. Jang, R. Vittal, J. Lee, K. Kim， J. AppL Electrochem. 2006，36, 1433.
權(quán)利要求
一種基于碳納米管纖維的有機太陽能電池，其特征在于采用經(jīng)染料N719敏化的碳納米管纖維作為工作電極材料，采用FTO導(dǎo)電玻璃或FTO PEN導(dǎo)電塑料作為工作電極和對電極的基質(zhì)；采用 LiI、I2、二甲基 3 N 丙基咪唑碘和特丁基吡啶的無水乙腈溶液作為電解液。
2.如權(quán)利要求1所述的基于碳納米管纖維的有機太陽能電池的制備方法，其特征在于 具體步驟如下(1)制備太陽能電池工作電極碳納米管纖維紡出后，直接拉到FTO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面上，用溶劑浸潤，使碳納米管纖 維與FTO導(dǎo)電玻璃良好接觸；然后將樣品放入馬弗爐中在345-355 °C燒結(jié)0. 4—0. 6 h， 待冷卻到118-122 °C時，將其放入N719的乙腈溶液中10—14 h ；樣品取出，用無水乙醇沖 洗，用氮氣槍吹干，用作電池的工作電極；(2)封裝太陽能電池用打有兩個小孔的鍍鉬的FTO導(dǎo)電玻璃作為對電極，用含有孔的熱塑性塑料Surlyn將 工作電極和對電極在98-102 °C熱壓到一起；然后將液體電解質(zhì)從對電極的小孔處注入到 電池中；小孔用Surlyn塑料和玻璃片在98-_102°C熱壓密封，即得到所需的太陽能電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于碳納米管纖維的有機太陽能電池的制備方法，其特征在 于所用的FTO導(dǎo)電玻璃改為FTO-PEN導(dǎo)電塑料，即以FTO-PEN導(dǎo)電塑料作為工作電極和對 電極的基質(zhì)，燒結(jié)溫度改為128-132 °C，其它工藝條件相同，則制得柔性太陽能電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于碳納米管纖維的有機太陽能電池的制備方法，其特 征在于使用的碳納米管纖維的制備步驟為合成碳納米管陣列的催化劑結(jié)構(gòu)為Si/Si02/Al203/Fe，其中Al2O3位于硅片和Fe的中 間，作為緩沖層，F(xiàn)e作為催化劑，它們分別通過電子束蒸發(fā)鍍膜儀在硅片上沉積一層納米厚 度的膜制備的；采用化學(xué)氣相沉積法，用乙烯做碳源，氬氣和氫氣作為載氣，在有氧化層Si基片上合 成高度取向的碳納米管陣列；其中乙烯流量為240 sccm，氬氣流量為560 sccm，氫氣流量為 34 sccm，在管式爐中生長13 min ；用一可以旋轉(zhuǎn)的微探頭，以碳納米管陣列為原料，干法紡絲制備碳納米管纖維；通過控制拉出碳納米管帶的寬度調(diào)控碳納米管纖維的直徑，直徑為2-20 ym,調(diào)節(jié)探 頭的轉(zhuǎn)速為1000-2000 rad/min，從而控制碳納米管纖維的捻度。
全文摘要
本發(fā)明屬于太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于碳納米管纖維的有機太陽能電池及其制備方法。本發(fā)明采用經(jīng)N719敏化的碳納米管纖維作為工作電極材料，采用FTO導(dǎo)電玻璃或FTO-PEN導(dǎo)電塑料作為工作電極和對電極的基質(zhì)；采用LiI、I2、二甲基-3-N-丙基咪唑碘和特丁基吡啶的無水乙腈溶液作為電解液。該太陽能電池的短路光電流達到了10.3mA/cm2，最大單色光光電轉(zhuǎn)換效率超過90%，能量轉(zhuǎn)換效率達到2.2%。特別用Pt/FTO導(dǎo)電塑料制備得柔性可彎曲有機太陽能電池，拓展了高效太陽能電池材料的范圍，為制作新型高效實用的光伏器件提供了新的途徑。
文檔編號H01L51/46GK101982895SQ20101050401
公開日2011年3月2日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者仰志斌, 彭慧勝, 王書濤, 王忠勝, 陳濤 申請人:復(fù)旦大學(xué)