[发明专利]一种太阳能电池的光阳极及其制备方法

说明书

本发明涉及太阳电池，特指一种太阳能电池的光阳极及其制备方法；本发明的太阳能电池的光阳极是在石墨烯粉末上覆盖二氧化钛晶层为模板生长二氧化钛纳米线阵列并且在纳米线阵列上生长纳米颗粒形成复合结构，可应用在染料敏化太阳能电池中。石墨烯的片层覆盖在FTO玻璃上作为阻隔层，阻止FTO玻璃与电解液的直接接触，在石墨烯的片层上覆盖一层二氧化钛纳米颗粒作为生长二氧化钛纳米线阵列的籽晶，水热法生长纳米线阵列，并且在纳米线阵列上生长纳米颗粒增大光阳极的比表面积，增加染料的吸附量，从而提高DSSC的光电流和转换效率。

技术领域

本发明涉及太阳电池，特指一种太阳能电池的光阳极及其制备方法；本发明的太阳能电池的光阳极是在石墨烯粉末上覆盖二氧化钛晶层为模板生长二氧化钛纳米线阵列并且在纳米线阵列上生长纳米颗粒形成复合结构，可应用在染料敏化太阳能电池中。

背景技术

石油、煤、天然气等非再生能源的缺乏使能源危机日渐成为社会发展、经济发展和科学技术发展的制约因素之一，开发新能源材料和利用新能源是当前世界各国必须首先解决的重大课题；而太阳能具有清洁、使用安全、取之不尽、利用成本低且不受地理条件限制等诸多优点，是解决能源和环境问题的理想能源；太阳电池(DSSC)是基于纳米技术发展起来的一种新型太阳电池，具有制作成本低(其成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10)，生产工艺简单、无污染，对温度变化和光强度变化不敏感，光稳定性好，是一种极有前途的环保型太阳能电池。

DSSC主要由透明导电基片、染料覆盖的多孔纳米晶半导体薄膜、电解质溶液和对电极组成。受光激发后，染料分子从基态跃迁到激发态，处于激发态的染料将电子注入到半导体纳米晶的导带中，注入到导带中的电子在半导体膜中传输，到达半导体膜与导电玻璃接触面后，进入外电路；DSSC的开路光电压为光照时半导体的准费米能级与电解质溶液中氧化还原电对的氧化还原电位之差，短路光电流取决于光敏染料的光捕获效率、电子注入效率和电子传输效率，而降低电荷复合效应和导带玻璃基底的电阻可以提高填充因子。

目前，如何使DSSC获得更高的光电转换效率，提高电池稳定性，延长使用寿命一直是研究的热点问题，染料吸附量、光的捕获效率和加速电子的传导以及抑制电子的复合是提高染料敏化太阳能电池的光电转化效率的三个重要因素；随着纳米技术的发展，新型的纳米材料以其优良的性能应用于染料敏化太阳能电池，石墨烯和一维纳米材料(如纳米线，纳米管等)具有优良的电子传输性，能够快速使电子和空穴分离，抑制暗电流的产生。

为此本发明首次提出利用石墨烯、二氧化钛纳米线阵列、二氧化钛纳米颗粒构造一种三维的复合结构的光阳极，在FTO玻璃表面覆盖一层石墨烯和二氧化钛纳米颗粒的复合结构膜作为阻隔层，并在其上生长二氧化钛纳米线阵列和二氧化钛纳米颗粒的复合结构，通过石墨烯与二氧化钛纳米线的提高电子的传输速度，降低电荷的再复合，从而达到提高电池光电流光电流和DSSC效率的目的。

本发明提出一种新型太阳能电池的光阳极材料，即石墨烯/二氧化钛纳米线阵列/二氧化钛纳米颗粒复合结构用于DSSC的制作。

石墨烯的片层覆盖在FTO玻璃上作为阻隔层，阻止FTO玻璃与电解液的直接接触，在石墨烯的片层上覆盖一层二氧化钛纳米颗粒作为生长二氧化钛纳米线阵列的籽晶，水热法生长纳米线阵列，并且在纳米线阵列上生长纳米颗粒增大光阳极的比表面积，增加染料的吸附量，从而提高DSSC的光电流和转换效率。

发明内容

实现本发明的技术方案为：

第一步：在FTO玻璃上均匀覆盖一层石墨烯/二氧化钛纳米颗粒薄膜以其作为阻隔层，二氧化钛纳米颗粒作为生长二氧化钛纳米线阵列的籽晶；

第二步：在FTO玻璃片上利用水热法生长二氧化钛纳米线阵列；

第三步：在二氧化钛纳米线阵列上附着二氧化钛纳米颗粒；

第四步：制备好的复合结构在氮气气氛下煅烧；

第五步：光阳极的敏化及电池的组装。