CN103606461B - 一种石墨烯复合太阳能电池的光阳极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种石墨烯复合太阳能电池的光阳极的制备方法，所述的制备方法是由无机纳米颗粒和石墨烯的混合材料涂刮在基地材料表面制得石墨烯复合薄膜，然后在制得的复合薄膜上再次刮涂混合颗粒度二氧化钛与羟乙基纤维素以及异丙醇制成混合浆料，继续进行500℃的烧结，得到石墨烯复合有二氧化钛散射涂层的太阳能电池的光阳极。本发明的制备方法制备的光阳极具有很好的导电性，同时还具有很好的导热性及力学性能，其生产成本很低，制备方法简单，具有溶液可处理性，成型加工好，不需要大型复杂的仪器就可以制备各种尺寸及形状的样品。

Description

一种石墨烯复合太阳能电池的光阳极的制备方法
技术领域
本发明属于染料敏化太阳能电池领域，尤其涉及一种石墨烯复合太阳能电池的光阳极的制备方法。
背景技术
染料敏化太阳能电池主要包括光阳极、光阴极、染料及电解质四个部分，尽管光阴极、染料及电解质的制备方法对电池效率也有较大影响，但染料敏化电池转化的效率在很大程度上取决于光阳极浆料的制备。
石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的单层碳原子面材料，是碳的二维结构，呈片状结构，也可以称为石墨烯片。石墨烯具有非常高的电子迁移率，电子在石墨烯中的运动速度远远超过了电子在一般导体中的运动速度，因此，将石墨烯复合到半导体纳米晶膜中有望使染料敏化太阳能电池光电能量转换效率得到提高。
发明内容
本发明提供了一种石墨烯复合太阳能电池的光阳极的制备方法，该石墨烯复合染料敏化太阳能电池的光阳极能够减少光生电子与电解质的复合降低石墨烯的吸光面积，同时增加了大颗粒二氧化钛散射层，从而大大提高染料敏化太阳能电池的光电能量转换效率。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种石墨烯复合太阳能电池的光阳极的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：将具有水溶性的单层或多层石墨烯溶于水或者有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，超声波处理至其完全溶解;
步骤二：将无机纳米颗粒、第一步得到的石墨烯溶液混合均匀并进行超声分散1-5h得到混合材料，其中无机纳米颗粒与石墨烯占总质量的质量百分比分别为45%-90%,10%-55%;
步骤三：将步骤二得到混合材料刮涂到基底材料的表面上，常温下放置50h-80h，晾干后获得单层或多层石墨烯的复合薄膜，然后将单层或多层石墨烯的复合薄膜在氮气的保护下，焙烧后获得石墨烯的复合薄膜；
步骤四：将颗粒度为20-80nm的二氧化钛与颗粒度为0.3-0.5μm的二氧化钛以质量比为3-5:17的比例混合，研磨，再将得到的混合粉体与羟乙基纤维素以及异丙醇制成混合浆料；
步骤五：将步骤三获得的石墨烯的复合薄膜用步骤四中制得的混合浆料再次刮涂，然后继续进行500℃的烧结，得到石墨烯复合有二氧化钛散射涂层的太阳能电池的光阳极。
步骤一所述石墨烯溶液的浓度为15-25mg/m1。
步骤二所述的无机纳米颗粒为三氧化二铟和二氧化硅按照质量比为1:1制备的混合物。
步骤三所述基底材料为透明导电玻璃、金属基底或碳材料基底。
步骤三所述的焙烧温度为700-750℃。
步骤四所述的混合粉体与羟乙基纤维素以及异丙醇按照质量比为3:1:6制成混合浆料。
其中，具有水溶性的单层或多层石墨烯通过石墨化学氧化方法或者石墨有机功能化方法获得。
该石墨烯复合太阳能电池的光阳极的制备方法具有以下有益效果：
本发明的制备方法中对于无机纳米颗粒采用了三氧化二铟和二氧化硅的混合体系，同时给出了无机纳米颗粒与石墨烯薄膜混合的最佳范围，在此范围内制备得到的太阳能电池的光阳极的光电能量转换效率大大提高。
本发明在制得石墨烯复合薄膜上再次刮涂混合颗粒度二氧化钛与羟乙基纤维素以及异丙醇制成混合浆料，相当于在表面添加了一层大颗粒的反射层，大颗粒反射层起到了更好的提升效率的作用，在添加大颗粒反射层之后，光电能量转换效率可以进一步提高到8.5%左右。
本发明的制备方法制备的光阳极具有很好的导电性，同时还具有很好的导热性及力学性能，并且其生产成本很低，制备方法简单，具有溶液可处理性，成型加工好，不需要大型复杂的仪器就可以制备各种尺寸及形状的样品。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明做进一步说明：
实施例1
石墨烯复合太阳能电池的光阳极的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将具有水溶性的单层或多层石墨烯溶于水或者有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，超声波处理至其完全溶解;石墨烯溶液的浓度为15mg/m1。
步骤二：将无机纳米颗粒、第一步得到的石墨烯溶液混合均匀并进行超声分散1h得到混合材料，其中无机纳米颗粒与石墨烯占总质量的质量百分比分别为45%,55%;无机纳米颗粒为三氧化二铟和二氧化硅按照质量比为1:1制备的混合物。
步骤三:将步骤二得到混合材料刮涂到基底材料的表面上，常温下放置50h，晾干后获得单层或多层石墨烯的复合薄膜，然后将单层或多层石墨烯的复合薄膜在氮气的保护下，在700℃条件下焙烧后获得石墨烯的复合薄膜；基底材料为透明导电玻璃。
步骤四：将颗粒度为20-80nm的二氧化钛与颗粒度为0.3-0.5μm的二氧化钛以质量比为3:17的比例混合，研磨，再将得到的混合粉体与羟乙基纤维素以及异丙醇按照质量比为3:1:6制成混合浆料。
步骤五：将步骤三获得的石墨烯的复合薄膜用步骤四中制得的混合浆料再次刮涂，然后继续进行500℃的烧结，得到石墨烯复合有二氧化钛散射涂层的太阳能电池的光阳极。采用上述复合光阳极，以N719为染料制备的染料敏化太阳能电池的光电能量转换效率达到8.43%。
实施例2
石墨烯复合太阳能电池的光阳极的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将具有水溶性的单层或多层石墨烯溶于水或者有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，超声波处理至其完全溶解;石墨烯溶液的浓度为25mg/m1。
步骤二：将无机纳米颗粒、第一步得到的石墨烯溶液混合均匀并进行超声分散5h得到混合材料，其中无机纳米颗粒与石墨烯占总质量的质量百分比分别为80%,20%;无机纳米颗粒为三氧化二铟和二氧化硅按照质量比为1:1制备的混合物。
步骤三：将步骤二得到混合材料刮涂到基底材料的表面上，常温下放置80h，晾干后获得单层或多层石墨烯的复合薄膜，然后将单层或多层石墨烯的复合薄膜在氮气的保护下，在750℃条件下焙烧后获得石墨烯的复合薄膜；基底材料为金属基底。
步骤四：将颗粒度为20-80nm的二氧化钛与颗粒度为0.3-0.5μm的二氧化钛以质量比为5:17的比例混合，研磨，再将得到的混合粉体与羟乙基纤维素以及异丙醇按照质量比为3:1:6制成混合浆料。
步骤五：将步骤三获得的石墨烯的复合薄膜用步骤四中制得的混合浆料再次刮涂，然后继续进行500℃的烧结，得到石墨烯复合有二氧化钛散射涂层的太阳能电池的光阳极。采用上述复合光阳极，以N719为染料制备的染料敏化太阳能电池的光电能量转换效率达到8.72%。
实施例3
石墨烯复合太阳能电池的光阳极的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将具有水溶性的单层或多层石墨烯溶于水或者有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，超声波处理至其完全溶解;石墨烯溶液的浓度为20mg/m1。
步骤二：将无机纳米颗粒、第一步得到的石墨烯溶液混合均匀并进行超声分散4h得到混合材料，其中无机纳米颗粒与石墨烯占总质量的质量百分比分别为50%,50%;无机纳米颗粒为三氧化二铟和二氧化硅按照质量比为1:1制备的混合物。
步骤三：将步骤二得到混合材料刮涂到基底材料的表面上，常温下放置60h，晾干后获得单层或多层石墨烯的复合薄膜，然后将单层或多层石墨烯的复合薄膜在氮气的保护下，在700℃条件下焙烧后获得石墨烯的复合薄膜；基底材料为碳材料基底。
步骤四：将颗粒度为20-80nm的二氧化钛与颗粒度为0.3-0.5μm的二氧化钛以质量比为4:17的比例混合，研磨，再将得到的混合粉体与羟乙基纤维素以及异丙醇按照质量比为3:1:6制成混合浆料。
步骤五：将步骤三获得的石墨烯的复合薄膜用步骤四中制得的混合浆料再次刮涂，然后继续进行500℃的烧结，得到石墨烯复合有二氧化钛散射涂层的太阳能电池的光阳极。采用上述复合光阳极，以N719为染料制备的染料敏化太阳能电池的光电能量转换效率达到8.66%。
上面结合具体实施例对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种石墨烯复合太阳能电池的光阳极的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一:将具有水溶性的单层或多层石墨烯溶于水或者有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，超声波处理至其完全溶解;步骤一所述石墨烯溶液的浓度为15-25mg/m1；步骤二:将无机纳米颗粒、第一步得到的石墨烯溶液混合均匀并进行超声分散1-5h得到混合材料，其中无机纳米颗粒与石墨烯占总质量的质量百分比分别为45%-90%，10%-55%；步骤二所述的无机纳米颗粒为三氧化二铟和二氧化硅按照质量比为1:1制备的混合物；步骤三：将步骤二得到混合材料刮涂到基底材料的表面上，常温下放置50h-80h，晾干后获得单层或多层石墨烯的复合薄膜，然后将单层或多层石墨烯的复合薄膜在氮气的保护下，焙烧后获得石墨烯的复合薄膜；步骤三所述基底材料为透明导电玻璃、金属基底或碳材料基底；步骤三所述的焙烧温度为700-750℃；步骤四：将颗粒度为20-80nm的二氧化钛与颗粒度为0.3-0.5μm的二氧化钛以质量比为3-5:17的比例混合，研磨，再将得到的混合粉体与羟乙基纤维素以及异丙醇制成混合浆料；步骤四所述的混合粉体与羟乙基纤维素以及异丙醇按照质量比为3:1:6制成混合浆料；步骤五：将步骤三获得的石墨烯的复合薄膜用步骤四中制得的混合浆料再次刮涂，然后继续进行500℃的烧结，得到石墨烯复合有二氧化钛散射涂层的太阳能电池的光阳极。
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