[發明專利]一種太陽能電池石墨烯電極的制備方法

在審

• 申請號: 201911343213.3
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111161957A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 潘中海;劉彩風
• 申請（專利權）人: 天津寶興威科技股份有限公司
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種太陽能電池石墨烯電極的制備方法，其步驟為：(1)氧化石墨烯的制備；(2)氧化劑中和；(3)氧化石墨烯功能化；(4)電極的制備；(5)太陽能電池組裝。本發明的氧化石墨烯經過表面活性劑功能化后片層之間相互分開，氧化石墨烯分散性提高，不再出現片層團聚堆疊現象，組裝成太陽能電池后提高光電轉換效率。

技術領域

本發明涉及太陽能電池技術領域，尤其涉及一種太陽能電池石墨烯電極的制備方法。

背景技術

為了能更好地利用太陽能，人們開發研究了多種太陽能電池，柔性薄膜電池由于使用原材料少，工藝集成度高、成本低、質量輕和柔性可彎曲等特性，在各領域具有廣闊的發展空間，太陽能電池目前主要采用的透明電極材料是氧化銦錫ITO、氟摻雜的氧化錫FTO和氧化鋅，氧化銦錫ITO在彎曲條件下容易產生裂紋甚至斷裂，對酸性和中性環境敏感、熱穩定性等問題，急需一種新的透明電極材料來替代ITO，石墨烯是由單層碳原子相互連接構成的一種六方點陣蜂巢狀二維晶體結構，具有很高的載流子遷移率，其良好的導電性及其還原后的能級可以使其成為太陽能電池活性層的優良受體，而且還原以后，由于部分官能的替代，其導電性明顯提高，而且，石墨烯是一種透明的導體，適合用作太陽能電池的電極材料，但是，由于石墨烯片層之間存在強的范德華力，石墨烯很容易發生團聚使得石墨烯片層一層一層緊密堆疊，當石墨烯當作對電極應用到染料敏化太陽能電池中時，這種緊密堆疊的結構使得電解液難以充分滲透到石墨烯中去，從而嚴重影響了太陽能電池光電轉換效率的提高。

發明內容

本發明為解決上述問題提供，提供了一種可以打破石墨烯團聚的功能化石墨烯電極的制備方法。

本發明所采取的技術方案：

一種太陽能電池石墨烯電極的制備方法，其步驟為：

(1)氧化石墨烯的制備：在冰浴的條件下將濃硫酸和濃磷酸加入到高錳酸鉀和石墨粉的混合物中，在反應過程中放熱，溫度上升，混合后加熱溫度到50℃連續攪拌10-12h，待石墨粉完全被氧化后，冷卻到室溫；

(2)氧化劑中和：將上述混合物倒入放置有冰的容器中，在容器中加入一定量濃度為30％的過氧化氫，溶液的顏色由紫褐色逐漸變成黃褐色，然后使用離心機離心分離溶液得固體，接著依次用含質量分數為0.1％的過氧化氫和質量分數為5％的稀硫酸，濃度為30％的稀鹽酸洗滌離心后的固體，然后用蒸餾水洗滌，洗滌的離心固體直至其pH為7，最后，將固體物質在50℃真空條件下干燥12h，出現的褐色固體即為氧化石墨烯；

(3)氧化石墨烯功能化：稱取上步驟得到的氧化石墨烯和同等質量的表面活性劑200mg，向其兩者的混合物中加入50ml去離子水，然后將混合溶液先在超聲清洗機中超聲處理60min，再使用超聲破碎儀中在160W條件下繼續超聲處理30min，確保氧化石墨烯和表面活性劑混合均勻，然后，將均勻混合的混合溶液轉移至50ml的不銹鋼聚四氟乙烯反應釜中，向反應釜中滴加一滴水合肼溶液，將反應釜擰緊密封，并在烘箱中90℃下反應2-3h，當反應完成后，取出反應釜，將反應釜中反應完的溶液倒出，經過數次抽濾，洗滌，干燥，得到功能化的氧化石墨烯粉末；

(4)電極的制備：功能化后的氧化石墨烯制成0.5mg/ml的溶液，將燒結后的TiO₂納米管陣列浸泡在功能化氧化石墨烯溶液內4-6h，然后用氮源干燥，得到功能化氧化石墨烯/TiO₂納米薄膜復合材料；

(5)太陽能電池組裝：將功能化氧化石墨烯/TiO₂納米薄膜復合材料作為光陽極，透明鉑電極作為對點擊組裝成染料敏化太陽能能電池。

所述的步驟(1)濃硫酸和濃磷酸以體積比為9:1的量加入到高錳酸鉀和石墨粉的混合物中。

所述的步驟(1)中高錳酸鉀和石墨粉的混合物中高錳酸鉀和石墨粉的質量比為6:1。

所述的步驟(3)中的表面活性劑為Triton X-100和CPC中任意一種。