[发明专利]一种超薄准固态敏化电池的制备方法

摘要

本发明涉及太阳能电池技术领域，特指一种结合石墨烯修饰Cu₂ZnSnS₄对电极和超薄光阳极的准固态敏化电池的制备方法，应用于染料敏化太阳能电池。其利用多孔Cu₂ZnSnS₄/石墨烯复合材料作为对电极，降低光阳极的厚度至1～2μm，电解质为准固态电解质，光阳极厚度的降低，改善了准固态电解质与光阳极吸附染料的接触，从而提高电池的光电转化效率。

主权项

1.一种超薄准固态敏化电池，包括对电极、光阳极和电解质，其特征在于：利用多孔Cu₂ZnSnS₄/石墨烯复合材料作为对电极，降低光阳极的厚度至2μm，电解质为准固态电解质，光阳极厚度的降低，改善了准固态电解质与光阳极吸附染料的接触，从而提高电池的光电转化效率；所述的光阳极为TiO₂光阳极材料，具体步骤如下：(1)Cu₂ZnSnS₄颗粒的制备：称取0.45mol/L的二水氯化铜，0.25mol/L的氯化锌，0.25mol/L二水氯化锡和1.25mol/L的硫脲，添加0.45g PVP:CTAB＝3:1的表面活性剂，加入40ml的乙二醇，超声搅拌2h，混合均匀后倒入反应釜中，放入烘箱230℃保温24h，反应结束后，自然冷却至室温，分别用无水乙醇和去离子水离心5次，最后放入真空干燥箱60℃烘干12h，得到Cu₂ZnSnS₄颗粒；(2)Cu₂ZnSnS₄/graphene对电极的制备：称取1g的Cu₂ZnSnS₄颗粒和0.02g的石墨烯，加入v/v＝1:1的无水乙醇和二甲醇5ml，超声搅拌3h，得到分散均匀的混合溶液，通过旋涂方法制备薄膜，转速为2500rpm，时间为60s，旋涂后放加热板50℃加热2min，继续旋涂，此步骤重复旋涂3次，加热板50℃烘干后将制备好的薄膜放到管式炉中进行热处理，升温速率为10℃/min，在400℃保温1h，自然降至室温，即得到Cu₂ZnSnS₄/graphene对电极材料；(3)FTO的处理及光阳极的制备：称量1g锐钛相的TiO₂纳米颗粒，0.5g乙基纤维素，量取1.3ml的乙酰丙酮和2.4ml松油醇，加入5ml的无水乙醇，先超声30min后搅拌3h，得到TiO₂浆料溶液，FTO玻璃浸泡在1.7ml四氯化钛和400ml去离子水的TiCl₄溶液中，放入烘箱70℃保温30min，冲洗烘干；采用刮涂法制备厚度为2μm的TiO₂光阳极，晾干后放入马弗炉煅烧500℃保温2h，冷却室温后再将样品浸泡在1.7ml四氯化钛和400ml去离子水的TiCl₄溶液中，放入烘箱70℃保温30min，冲洗烘干，放入马弗炉中煅烧450℃保温30min，得到TiO₂光阳极材料；(4)电极的敏化及电池组装厚度为2μm的TiO₂在N719染料溶液中浸泡24h，制成光阳极，以Pt电极和Cu₂ZnSnS₄/graphene为对电极，以PET为热封装膜，加热至150℃组装成太阳能电池，注入准固态电解质含1M1‑甲基‑3‑丙基咪唑碘化盐PMII，0.1M碘I₂，0.2M双三氟甲磺酰亚胺锂LITFSI，0.5M 4‑叔丁基吡啶(TBP)，25wt％聚离子液体[PBVIm][TFSI]。