一種石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法，所述的制備方法是由無機納米顆粒和石墨烯的混合材料涂刮在基地材料表面制得石墨烯復合薄膜，然后在制得的復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，繼續(xù)進行500℃的燒結(jié)，得到石墨烯復合有二氧化鈦散射涂層的太陽能電池的光陽極。本發(fā)明的制備方法制備的光陽極具有很好的導電性，同時還具有很好的導熱性及力學性能，其生產(chǎn)成本很低，制備方法簡單，具有溶液可處理性，成型加工好，不需要大型復雜的儀器就可以制備各種尺寸及形狀的樣品。
【專利說明】—種石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于染料敏化太陽能電池領域，尤其涉及一種石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法。
【背景技術】
[0002]染料敏化太陽能電池主要包括光陽極、光陰極、染料及電解質(zhì)四個部分，盡管光陰極、染料及電解質(zhì)的制備方法對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極漿料的制備。
[0003]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，呈片狀結(jié)構，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動速度遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度，因此，將石墨烯復合到半導體納米晶膜中有望使染料敏化太陽能電池光電能量轉(zhuǎn)換效率得到提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法，該石墨烯復合染料敏化太陽能電池的光陽極能夠減少光生電子與電解質(zhì)的復合降低石墨烯的吸光面積，同時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能電池的光電能量轉(zhuǎn)換效率。
[0005]為了解決上述存在的技術問題，本發(fā)明采用了以下方案:
一種石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法，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:將無機納米顆粒、第一步得到的石墨烯溶液混合均勻并進行超聲分散l_5h得到混合材料，其中無機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合薄膜，然后將單層或多層石墨烯的復合薄膜在氮氣的保護下，焙燒后獲得石墨烯的復合薄膜；
步驟四:將顆粒度為20-80nm的二氧化鈦與顆粒度為0.3-0.5 u m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)進行500°C的燒結(jié)，得到石墨烯復合有二氧化鈦散射涂層的太陽能電池的光陽極。
[0006]步驟一所述石墨烯溶液的濃度為15_25mg/ml。
[0007]步驟二所述的無機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。
[0008]步驟三所述基底材料為透明導電玻璃、金屬基底或碳材料基底。[0009]步驟三所述的焙燒溫度為700_750°C。
[0010]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。
[0011]其中，具有水溶性的單層或多層石墨烯通過石墨化學氧化方法或者石墨有機功能化方法獲得。
[0012]該石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法具有以下有益效果:
本發(fā)明的制備方法中對于無機納米顆粒采用了三氧化二銦和二氧化硅的混合體系，同時給出了無機納米顆粒與石墨烯薄膜混合的最佳范圍，在此范圍內(nèi)制備得到的太陽能電池的光陽極的光電能量轉(zhuǎn)換效率大大提高。
[0013]本發(fā)明在制得石墨烯復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)換效率可以進一步提高到8.5%左右。
[0014]本發(fā)明的制備方法制備的光陽極具有很好的導電性，同時還具有很好的導熱性及力學性能，并且其生產(chǎn)成本很低，制備方法簡單，具有溶液可處理性，成型加工好，不需要大型復雜的儀器就可以制備各種尺寸及形狀的樣品。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明做進一步說明:
實施例1
石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法，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/ml。
[0016]步驟二:將無機納米顆粒、第一步得到的石墨烯溶液混合均勻并進行超聲分散Ih得到混合材料，其中無機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%;無機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。
[0017]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合薄膜，然后將單層或多層石墨烯的復合薄膜在氮氣的保護下，在700°C條件下焙燒后獲得石墨烯的復合薄膜；基底材料為透明導電玻璃。
[0018]步驟四:將顆粒度為20-80nm的二氧化鈦與顆粒度為0.3-0.5um的二氧化鈦以質(zhì)量比為3:17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按照質(zhì)量比為3:1:6制成混合衆(zhòng)料。
[0019]步驟五:將步驟三獲得的石墨烯的復合薄膜用步驟四中制得的混合漿料再次刮涂，然后繼續(xù)進行500°C的燒結(jié)，得到石墨烯復合有二氧化鈦散射涂層的太陽能電池的光陽極。采用上述復合光陽極，以N719為染料制備的染料敏化太陽能電池的光電能量轉(zhuǎn)換效率達到8.43%。
[0020]實施例2
石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法，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25mg/ml。
[0021]步驟二:將無機納米顆粒、第一步得到的石墨烯溶液混合均勻并進行超聲分散5h得到混合材料，其中無機納米顆粒與石墨烯占總質(zhì)量的質(zhì)量百分比分別為80%，20%;無機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。
[0022]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80h，晾干后獲得單層或多層石墨烯的復合薄膜，然后將單層或多層石墨烯的復合薄膜在氮氣的保護下，在750°C條件下焙燒后獲得石墨烯的復合薄膜；基底材料為金屬基底。
[0023]步驟四:將顆粒度為20_80nm的二氧化鈦與顆粒度為0.3-0.5um的二氧化鈦以質(zhì)量比為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按照質(zhì)量比為3:1:6制成混合衆(zhòng)料。
[0024]步驟五:將步驟三獲得的石墨烯的復合薄膜用步驟四中制得的混合漿料再次刮涂，然后繼續(xù)進行500°C的燒結(jié)，得到石墨烯復合有二氧化鈦散射涂層的太陽能電池的光陽極。采用上述復合光陽極，以N719為染料制備的染料敏化太陽能電池的光電能量轉(zhuǎn)換效率達到8.72%。
[0025]實施例3
石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法，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20mg/ml。
[0026]步驟二:將無機納米顆粒、第一步得到的石墨烯溶液混合均勻并進行超聲分散4h得到混合材料，其中無機納米顆粒與石墨烯占總質(zhì)量的質(zhì)量百分比分別為50%，50%;無機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。
[0027]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60h，晾干后獲得單層或多層石墨烯的復合薄膜，然后將單層或多層石墨烯的復合薄膜在氮氣的保護下，在700°C條件下焙燒后獲得石墨烯的復合薄膜；基底材料為碳材料基底。
[0028]步驟四:將顆粒度為20_80nm的二氧化鈦與顆粒度為0.3-0.5um的二氧化鈦以質(zhì)量比為4:17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按照質(zhì)量比為3:1:6制成混合衆(zhòng)料。
[0029]步驟五:將步驟三獲得的石墨烯的復合薄膜用步驟四中制得的混合漿料再次刮涂，然后繼續(xù)進行500°C的燒結(jié)，得到石墨烯復合有二氧化鈦散射涂層的太陽能電池的光陽極。采用上述復合光陽極，以N719為染料制備的染料敏化太陽能電池的光電能量轉(zhuǎn)換效率達到8.66%。
[0030]上面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行了示例性的描述，顯然本發(fā)明的實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構思和技術方案進行的各種改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法，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:將無機納米顆粒、第一步得到的石墨烯溶液混合均勻并進行超聲分散l_5h得到混合材料，其中無機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合薄膜，然后將單層或多層石墨烯的復合薄膜在氮氣的保護下，焙燒后獲得石墨烯的復合薄膜；步驟四:將顆粒度為20-80nm的二氧化鈦與顆粒度為0.3-0.5 u m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)進行500°C的燒結(jié)，得到石墨烯復合有二氧化鈦散射涂層的太陽能電池的光陽極。
2.根據(jù)權利要求1所述的石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法，其特征在于:步驟一所述石墨烯溶液的濃度為15-25mg/ml。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法，其特征在于:步驟二所述的無機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。
4.根據(jù)權利要求3所述的石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法，其特征在于:步驟三所述基底材料為透明導電玻璃、金屬基底或碳材料基底。
5.根據(jù)權利要求2或4所述的石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法，其特征在于:步驟三所述的焙燒溫度為700-750°C。
6.根據(jù)權利要求5所述的石墨烯復合太陽能電池的光陽極的制備方法，其特征在于: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。
【文檔編號】H01M14/00GK103606461SQ201310509547
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權日:2013年10月25日
【發(fā)明者】殷逢寶 申請人:殷逢寶