[發(fā)明專利]一種石墨烯復(fù)合太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310509547.X
• 申請(qǐng)日: 2013-10-25
• 公開（公告）號(hào): CN103606461A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷逢寶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 殷逢寶
• 主分類號(hào): H01G9/042
• 分類號(hào): H01G9/042;H01G9/20;H01M14/00;H01L31/0224;H01L31/18
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于染料敏化太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯復(fù)合太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極的制備方法。

背景技術(shù)

染料敏化太陽(yáng)能電池主要包括光陽(yáng)極、光陰極、染料及電解質(zhì)四個(gè)部分，盡管光陰極、染料及電解質(zhì)的制備方法對(duì)電池效率也有較大影響，但染料敏化電池轉(zhuǎn)化的效率在很大程度上取決于光陽(yáng)極漿料的制備。

石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料，是碳的二維結(jié)構(gòu)，呈片狀結(jié)構(gòu)，也可以稱為石墨烯片。石墨烯具有非常高的電子遷移率，電子在石墨烯中的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度，因此，將石墨烯復(fù)合到半導(dǎo)體納米晶膜中有望使染料敏化太陽(yáng)能電池光電能量轉(zhuǎn)換效率得到提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種石墨烯復(fù)合太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極的制備方法，該石墨烯復(fù)合染料敏化太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極能夠減少光生電子與電解質(zhì)的復(fù)合降低石墨烯的吸光面積，同時(shí)增加了大顆粒二氧化鈦散射層，從而大大提高染料敏化太陽(yáng)能電池的光電能量轉(zhuǎn)換效率。

為了解決上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了以下方案：?

一種石墨烯復(fù)合太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟一：將具有水溶性的單層或多層石墨烯溶于水或者有機(jī)溶劑N,?N-二甲基甲酰胺中，超聲波處理至其完全溶解;

步驟二：將無(wú)機(jī)納米顆粒、第一步得到的石墨烯溶液混合均勻并進(jìn)行超聲分散1-5h得到混合材料，其中無(wú)機(jī)納米顆粒與石墨烯占總質(zhì)量的質(zhì)量百分比分別為45%-90%,10%-55%;

步驟三：將步驟二得到混合材料刮涂到基底材料的表面上，常溫下放置50h-80h，晾干后獲得單層或多層石墨烯的復(fù)合薄膜，然后將單層或多層石墨烯的復(fù)合薄膜在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，焙燒后獲得石墨烯的復(fù)合薄膜；

步驟四：將顆粒度為20-80nm的二氧化鈦與顆粒度為0.3-0.5μm的二氧化鈦以質(zhì)量比為3-5:17的比例混合，研磨，再將得到的混合粉體與羥乙基纖維素以及異丙醇制成混合漿料；

步驟五：將步驟三獲得的石墨烯的復(fù)合薄膜用步驟四中制得的混合漿料再次刮涂，然后繼續(xù)進(jìn)行500℃的燒結(jié)，得到石墨烯復(fù)合有二氧化鈦散射涂層的太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極。

步驟一所述石墨烯溶液的濃度為15-25mg/m1。

步驟二所述的無(wú)機(jī)納米顆粒為三氧化二銦和二氧化硅按照質(zhì)量比為1:1制備的混合物。

步驟三所述基底材料為透明導(dǎo)電玻璃、金屬基底或碳材料基底。

步驟三所述的焙燒溫度為700-750℃。

步驟四所述的混合粉體與羥乙基纖維素以及異丙醇按照質(zhì)量比為3:1:6制成混合漿料。

其中，具有水溶性的單層或多層石墨烯通過(guò)石墨化學(xué)氧化方法或者石墨有機(jī)功能化方法獲得。

該石墨烯復(fù)合太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極的制備方法具有以下有益效果：

本發(fā)明的制備方法中對(duì)于無(wú)機(jī)納米顆粒采用了三氧化二銦和二氧化硅的混合體系，同時(shí)給出了無(wú)機(jī)納米顆粒與石墨烯薄膜混合的最佳范圍，在此范圍內(nèi)制備得到的太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極的光電能量轉(zhuǎn)換效率大大提高。

本發(fā)明在制得石墨烯復(fù)合薄膜上再次刮涂混合顆粒度二氧化鈦與羥乙基纖維素以及異丙醇制成混合漿料，相當(dāng)于在表面添加了一層大顆粒的反射層，大顆粒反射層起到了更好的提升效率的作用，在添加大顆粒反射層之后，光電能量轉(zhuǎn)換效率可以進(jìn)一步提高到8.5%左右。

本發(fā)明的制備方法制備的光陽(yáng)極具有很好的導(dǎo)電性，同時(shí)還具有很好的導(dǎo)熱性及力學(xué)性能，并且其生產(chǎn)成本很低，制備方法簡(jiǎn)單，具有溶液可處理性，成型加工好，不需要大型復(fù)雜的儀器就可以制備各種尺寸及形狀的樣品。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：

實(shí)施例1

石墨烯復(fù)合太陽(yáng)能電池的光陽(yáng)極的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：將具有水溶性的單層或多層石墨烯溶于水或者有機(jī)溶劑N,?N-二甲基甲酰胺中，超聲波處理至其完全溶解;?石墨烯溶液的濃度為15mg/m1。

步驟二：將無(wú)機(jī)納米顆粒、第一步得到的石墨烯溶液混合均勻并進(jìn)行超聲分散1h得到混合材料，其中無(wú)機(jī)納米顆粒與石墨烯占總質(zhì)量的質(zhì)量百分比分別為45%,55%;無(wú)機(jī)納米顆粒為三氧化二銦和二氧化硅按照質(zhì)量比為1:1制備的混合物。

步驟三:將步驟二得到混合材料刮涂到基底材料的表面上，常溫下放置50h，晾干后獲得單層或多層石墨烯的復(fù)合薄膜，然后將單層或多層石墨烯的復(fù)合薄膜在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，在700℃條件下焙燒后獲得石墨烯的復(fù)合薄膜；基底材料為透明導(dǎo)電玻璃。