[發明專利]染料敏化太陽能電池工作電極及其制備方法

有效

• 申請號: 202110258978.8
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN113053673B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 張國良;唐波
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: H01G9/20
• 分類號: H01G9/20;H01G9/042
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王志慧

本發明公開了染料敏化太陽能電池工作電極及其制備方法；所述染料敏化太陽能電池工作電極依次包括透明導電基底、Cu?MOF復合石墨烯材料納米陣列和二氧化鈦納米陣列，其中Cu?MOF復合石墨烯材料納米陣列和二氧化鈦納米陣列之間具有重疊部分。使用石墨烯復合Cu?MOF材料使得Cu?MOF較為穩定；同時重疊部分便于透明導電基底與二氧化鈦的導帶電性連接，避免了電子在薄膜中傳輸時間較長。其光電轉換效率達到6.13％。

技術領域

本發明涉及染料敏化太陽能電池技術領域，尤其是涉及染料敏化太陽能電池及其工作電極和工作電極制備方法。

背景技術

染料敏化敏化太陽能電池的結構可以分為四部分：工作電極、敏化染料、電解液和對電極。在透明導電基底上制備一層納米多孔半導體薄膜構成工作電極，通常稱為光陽極，由于光陽極輸出的是電子，從電源的角度看，光陽極其實是電源的負極，對電極是電源的正極；敏化染料吸附在所述納米多孔半導體薄膜上；對電極一般是鍍有一層鉑的導電金屬，也可以用碳或其他金屬代替鉑，工作電極和對電極之間充滿電解液。二氧化鈦納米晶薄膜作為工作電極的納米多孔半導體薄獲得了初步的成功。但是單純的二氧化鈦納米晶薄膜的導電性能差，電子在薄膜中傳輸時間較長，加劇了電子和電解液中離子的復合；且二氧化鈦納米晶薄膜對光的散射性差，對光的吸收差；導致電池的光電轉換利率差。

發明內容

針對背景技術中的問題，本發明的目的在于提供一種光吸收性能好、光電轉換利率好的涉及染料敏化太陽能電池工作電極和工作電極制備方法。

本發明提供了染料敏化太陽能電池工作電極，包括透明導電基底和半導體材料，所述染料敏化太陽能電池工作電極還含有Cu-MOF復合石墨烯材料。

進一步，所述染料敏化太陽能電池工作電極依次包括透明導電基底、 Cu-MOF復合石墨烯材料納米陣列和二氧化鈦納米陣列，其中Cu-MOF復合石墨烯材料納米陣列和二氧化鈦納米陣列之間具有重疊部分。

本發明提供了染料敏化太陽能電池工作電極制備方法，具體為：

步驟一：制備Cu-MOF復合氧化石墨烯材料；

步驟二：將Cu-MOF復合氧化石墨烯材料在去離子水中分散成懸浮液，懸浮液中Cu-MOF復合氧化石墨烯材料的濃度范圍0.3-0.5mg/ml；并使用透明導電基底采用循環伏安法掃描懸浮液：將透明導電基底浸泡在懸浮液中，將其作為工作電極，將Cu-MOF復合氧化石墨烯材料還原成Cu-MOF復合石墨烯材料并呈納米陣列地修飾在所述透明導電基底表面；

步驟三:待所述步驟二步驟進行到1/2-3/4時(步驟進行到1/2-3/4時是通過時間控制的：具體是將懸浮液中的Cu-MOF復合氧化石墨烯材料完全沉積到透明導電基底上所需要的時間的1/2-3/4)；向步驟二的懸浮液中添加四氯化鈦，同時滴加鹽酸，鹽酸的的滴加量為四氯化鈦的1/5-1/10，鹽酸的質量濃度為30％；并持續采用循環伏安法掃描，掃描時間為15-30min；使二氧化鈦呈納米陣列地生成在修飾有Cu-MOF復合石墨烯材料的導電基底上，且二氧化鈦納米陣列與Cu-MOF復合石墨烯材料納米陣列具有重疊部分，形成修飾有Cu-MOF復合石墨烯材料納米陣列和二氧化鈦納米陣列的導電基底。

步驟四:將修飾有Cu-MOF復合石墨烯材料納米陣列和二氧化鈦納米陣列的導電基底用去離子水洗凈并烘干，烘干后作為所述染料敏化太陽能電池工作電極。