石墨烯透明导电电极及其制备方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。利用本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯透明导电电极及其制备方法和装置
本专利技术涉及太阳能电池
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，根据本专利技术的一个方面，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。根据本专利技术的另一方面，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％。根据本专利技术的又一方面，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。本专利技术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，本专利技术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，利用本专利技术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专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了根据本专利技术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专利技术。正如
技术介绍
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，本专利技术提供了一种石墨烯透明导电电极的制备方法，其包本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/nS1，采用CVD法在金属箔表面沉积石墨烯薄膜，形成预备膜；/nS2，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；/nS3，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；/nS4，干燥所述结合体，即可得到所述石墨烯透明导电电极。/n

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李静文，刘琦，
申请(专利权)人：东泰高科装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11