[发明专利]一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种染料敏化太阳能电池对电极的制备方法。

背景技术

进入21世纪以来，人类面临的能源领域与环境领域的问题日益突出。一方面是经济发展对能源的巨大需求，另一方面是煤、石油、天然气等积蓄了亿万年的传统化石能源经过数百年的巨大消耗已经不可逆转地走向枯竭，而且传统化石能源开发利用过程中会对生态环境产生严重危害。如何有效解决两大现实问题越来越引起国内外的广泛关注。

染料敏化太阳能电池主要有以下几个部分组成：光阳极、电解质和对电极。对电极是染料敏化太阳电池的重要组成部分，其作用是传输电子和催化作用，提高电池的填充因子。从机理上说，I₃-在对电极上得到电子再生成I^-，该反应越快，光电响应越好。不过I₃-在被还原时的过电压较大，反应较慢。铂对电极由于其电阻小和催化效果好，目前在导电玻璃上镀一层铂镜，很好地解决了这一问题。但是铂的价格太高，比表面积小不利于电池的使用产业化应用，因此寻找廉价的、性能好的对电极材料，便成为迫切需要解决的问题。

石墨烯是一类由一层碳原子组成的新型二维纳米碳材料，是目前世界上最薄的二维材料。目前发现，这种材料的强度是已知材料中最高的，其导电能力和载流密度超过目前最好的单壁碳纳米管；其优良的量子霍尔效应也得到证明；最近基于这一材料获得的薄膜及其复合材料具有优良的机械性能。以天然石墨烯为原料，通过化学的方法实现石墨烯的大批量制备，价格便宜；经过化学功能化以后的单层石墨在水及有机溶剂中具有很好的溶解性，有利于其均匀分散及成型加工；并且，采用化学还原或焙烧的方法，可以全部或部分消除石墨烯的官能团或缺陷，恢复石墨烯的结构及性能(包括导电性、导热性及力学性能等)。

发明内容

本发明的目的提供一种具有良好的电化学性能的染料敏化太阳能电池对电极的制备方法，该太阳能电池对电极取代了染料敏化太阳能电池的铂电极，并且该电极的其生产成本低，制备方法简单，价格便宜，质量轻，具有溶液可处理性，成型加工好等特点。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：一种染料敏化太阳能电池复合对电极的制备方法，其特征在于：以纳米结构的、大比表面积的石墨烯为原料，和小粒径无机晶体材料混合，涂覆在玻璃基板上面，制备石墨烯复合对电极，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中，超声波处理至其完全溶解；石墨烯溶液的浓度范围在0.1-10mg/ml之间；

步骤二，将步骤一得到的石墨烯溶液和小粒径无机晶体材料混合均匀，其中小粒径无机晶体材料所占石墨烯溶液和小粒径无机晶体材料总质量的质量百分比为0.2％-80％；

步骤三，将步骤二得到的单层或多层石墨烯的混合材料制备到玻璃基底材料的表面制备成型，常温下放置48-72h，晾干后获得单层或多层石墨烯的复合薄膜；

步骤四：将步骤三制备到玻璃基底材料表面获得的单层或多层石墨烯的复合薄膜，经过还原剂进行还原，获得基于单层或多层石墨烯的复合碳膜；或在氮气或氩气的保护下，于400-600℃焙烧后，获得基于单层或多层石墨烯的复合碳膜。

优选的，所述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。

优选的，所述小粒径无机晶体材料是TiO2、ZnO、SnO2、Nb2O5、Al2O3、In2O3、CuO、NiO、MgO、SiO2中的一种或一种以上的氧化物。

优选的，所述步骤三中的制备到玻璃基底材料表面的方法包括浸泡、旋涂、喷涂印刷步骤。

优选的，所述还原剂为纯肼溶液、肼蒸汽、水合肼蒸汽或硼氢化钠。

优选的，所述有机溶剂是丙酮或N，N-二甲基甲酰胺DMF。

优选的，所述石墨烯的原料为石墨。

优选的，所述多层石墨烯的层数是2-15层。

本发明是以是石墨或其他碳材料为原料，通过化学方法制备水溶性的单层或多层石墨烯，然后通过有机功能化的方法，制备有机可溶的单层或多层石墨烯，通过涂覆的方法制备玻璃基板上成型，最后经化学还原或焙烧即可获得基于单层或多层石墨烯的通用碳膜。基于石墨烯的碳膜具有很好的导电性，该碳膜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，价格便宜，质量轻，具有溶液可处理性，成型加工好，不需要大型复杂的仪器，可以制备各种尺寸及形状的样品。石墨烯适合制备染料敏化太阳能电池大面积的对电极，有利于产业化的发展。