[发明专利]基于三维石墨烯的光伏电池及其制备方法

权利要求书

1.一种基于三维石墨烯的光伏电池，所述电池由光阳极层、敏化剂层、电解质层以及背电极构成的层状结构，其特征在于，两个所述背电极之间依次形成有电解质层、敏化剂层、光阳极层、敏化剂层和电解质层，且所述光阳极为由纳米陶瓷材料与三维石墨烯基多孔结构复合而形成的复合结构。

2.根据权利要求1所述的光伏电池，其特征在于，所述纳米陶瓷材料为TiO₂、ZnO、SnO₂、Nb₂O₅、Al₂O₃、In₂O₃、CuO、Cu₂O、CdSe、CdS、CdTe、InP、PbS、InN、Ta₃N₅、GaAs、GaP、Fe₂O₃、WO₃、CuS、Cu₂S和SiO₂中的一种或两种以上。

3.根据权利要求1或2所述的光伏电池，其特征在于，所述背电极为透明导电玻璃电极、金属电极、碳材料电极和高分子电极中的一种或两种以上。

4.根据权利要求1或2所述的光伏电池，其特征在于，所述电解质层由乙腈、戊腈、甲氧基丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、碘单质、碘化锂、吡啶碘盐和熔融盐中的一种或两种以上的液态电解质，或者为山梨醇衍生物、偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、聚丙烯酸聚合物、三甲氧基硅烷、多吡啶侧链型聚酰胺树枝状大分子衍生物、二氧化硅纳米粒子和碳纳米颗粒中的一种或两种以上的准固态电解质，或者为硫氰化亚铜、碘化亚铜、聚3-辛基噻吩、聚吡咯、聚氧乙烯、聚丙烯腈、环氧氯丙烷与环氧乙烷的共聚物和聚偏氟乙烯中的一种或两种以上的固态电解质构成。

5.根据权利要求1或2所述的光伏电池，其特征在于，所述敏化剂层由联吡啶钌的配合物、酞箐类染料、卟啉类染料、CdSe、CdS、CdTe、InP、PbS、InN、Ta₃N₅、GaAs、GaP、ZnO、Fe₂O₃、WO₃、SnO₂、CuS、Cu₂S和TiO₂中一种或两种以上敏化剂构成。

6.一种权利要求1至5中任一所述基于三维石墨烯的光伏电池的制备方法，其特征在于，包括：将纳米陶瓷材料与三维石墨烯多孔结构复合形成光阳极的工序A；使光阳极复合敏化剂层的工序B；之后与背电极叠加、加入电解质得到光伏电池。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述工序A包括制作三维石墨烯多孔结构的工序A1；将纳米陶瓷材料与溶剂、粘结剂和分散剂均匀混合，制备光阳极浆料的工序A2；将光阳极浆料复合到三维石墨烯多孔结构形成光阳极的工序A3。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述工序A3中是通过浸渍提拉使所述光阳极浆料复合到三维石墨烯多孔结构中。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述工序A3中是通过将所述三维石墨烯多孔结构在所述浆料中浸渍提拉5-50次，在加热容器中以100-600℃加热10min-8h，从而得到光阳极。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍提拉的次数优选10-40次。

11.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在加热容器中优选以450-510℃加热20-400min。

12.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述工序B是通过将光阳极在40-80℃时浸入浓度为0.1mM-2M的敏化剂溶液中，在60-80℃下保温10-600min，取出洗涤得到形成有敏化剂层的光阳极。

13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述敏化剂的浓度优选为0.3mM-1M，保温时间优选为30-400min。