[发明专利]一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于染料敏化太阳能电池的光阳极的制备方法，属于电极材料制备技术领域。

背景技术

社会在高速发展的同时，人类正面临着前所未有的能源危机和环境污染，对可再生能源的利用成为人类可持续发展的必由之路。太阳能电池作为无污染清洁能源设备，其发展受到世界各国政府的高度重视。目前广泛应用的主要是硅基太阳能电池，但其价格十分昂贵。染料敏化太阳能电池具有成本低、稳定性高、环境友好、可制备成柔性电池等优点，是最有希望替代传统硅基光伏电池的新型太阳能电池。

传统制备DSSC光阳极的方法是在纳米TiO₂颗粒中添加表面活性剂，然后通过丝网印刷、直接涂膜等方法在导电基底上沉积纳米TiO₂颗粒膜，经高温热处理得到DSSC光阳极。该方法制备的光阳极主要缺点是孔隙率相对较低，比表面积不够高，且由于颗粒间接触不理想导致电子扩散系数较小，从而阻碍DSSC电池光电转换效率的提高。鉴于此，探索新方法制备大比表面积和均一孔径分布的光阳极对提高DSSC的转换效率具有较大意义。

石墨烯是由碳原子在二维空间上紧密堆积成六边形晶格结构的一种新型材料。石墨烯是构成零位富勒烯，一维碳纳米管，三维体相石墨等sp2杂化碳的基本结构单元。石墨烯是一种没有能隙的物质，显示金属性；单层的石墨烯，每个碳原子都有一个未成键的电子，因此具有非常好的导电性。由于石墨烯优异的机械性能和物理性能，成为材料科学的研究热点之一。石墨烯具有非常大的比表面积和良好的导电性能是良好的电极材料。

近年来，不同种类的电极材料混合后制得的电极，得到了广泛的研究。尤其是石墨烯和金属氧化物按一定的比例混合后，制作的复合电极更是得到了广泛的关注。在研究的过程中发现石墨烯容易发生团簇现象，混合不均匀，不能充分利用石墨烯的优异的性能，导致该复合电极的性能没有明显的提高。

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光阳极的制备方法，该太阳能电池光阳极生产成本低，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。

本发明是通过下述技术方案来实现的：一种染料敏化太阳能电池的光阳极，所述的光阳极由无机纳米颗粒、二氧化锰纳米材料以及石墨烯均匀混合涂覆在基底材料表面，其中无机纳米颗粒、二氧化锰纳米材料以及石墨烯占总质量的质量百分比分别为40%-83%、15%-20%、2%-40%。

一种染料敏化太阳能电池光阳极的制备方法，其特征在于：以纳米结构的、大比表面积的石墨烯为原料，和无机纳米颗粒、二氧化锰纳米材料混合，涂覆在基底材料表面，制备染料敏化太阳能电池光阳极，制备方法包括如下步骤：

第一步：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；石墨烯溶液的浓度为10.5-28mg/ml；

第二步：将无机纳米颗粒、二氧化锰纳米材料和第一步得到的石墨烯溶液混合均匀并进行超声分散，得到混合材料，其中无机纳米颗粒、二氧化锰纳米材料以及石墨烯占总质量的质量百分比分别为40%-83%、15%-20%、2%-40%；

第三步：将第二步得到混合材料制备到基底材料的表面上，常温下放置48h以上，晾干后获得单层或多层石墨烯的复合薄膜；所述基底材料为透明导电玻璃、金属基底、碳材料基底或聚乙烯、聚苯乙烯和聚酯高分子基底；

第四步：将第三步制备到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光阳极；或在氮气或氩气的保护下，于650-800℃焙烧后，获得基于单层或多层石墨烯的光阳极。

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，所述无机纳米颗粒为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，所述第三步中的制备到基底材料的表面上的方法包括浸泡、旋涂或喷涂。

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。