[发明专利]一种超薄准固态敏化电池的制备方法

说明书

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。

技术领域

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。

背景技术

能源与环境问题现已成为全世界关注的热点，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；光电化学太阳能电池，特别是染料敏化太阳能电池是基于纳米技术发展起来的一种新型太阳能电池，具有制作成本低、生产工艺简单、无污染、光稳定性好，是一种环保型太阳能电池。

典型的染料敏化太阳能电池(DSSC)是单结太阳能电池，是一个“三明治”结构，通常由10-20um厚的染料敏化的多孔氧化钛半导体薄膜、I-/I^3-电解质溶液和Pt对电极组成。

液态电解质由于具有高的电导率，离子扩散速度快，对多孔光阳极渗透性好等优点而被广泛研究，但是此类有机溶剂液体电解质存在易挥发、难封装、稳定性差、具有一定的毒性并且会导致染料的解吸附等缺点；而准固态电解质具有“零”蒸气压、电化学窗口宽、耐热稳定性高、电导率高等优点，能有效的解决有机溶剂的易挥发、稳定性差等缺点。但准固态电解质流动性差，当光阳极厚度较厚时，准固态电解质与光阳极吸附的染料电池的接触相比于液态电解质差，不能给导电离子提供一个完全的自由的空间，并且小分子凝胶电解质不够稳定，高分子聚合物凝胶电解质电导率低，纳米粒子凝胶电解质易团聚等问题，为此基于固态电解质的电池效率明显降低。

Cu₂ZnSnS₄元素来源丰富，价格便宜，具有高的吸收系数(>10⁴ cm^-1)，为直接带隙材料(E_g＝1.4-1.5 eV)，与太阳能电池所需要的最佳禁带宽度1.50 eV相匹配。石墨烯具有较好的电子传输性能，与石墨烯复合不仅可以改善薄膜的导电率还能增加薄膜的比表面积。

本发明利用多孔Cu₂ZnSnS₄/石墨烯复合材料作为光阴极，配合超薄光阳极，利用准固态电解质，制备获得的太阳电池效率远高于以Pt为对电极的准固态电池效率。

发明内容

本发明的目的在于：针对用P型窄带隙半导体光阴极材料取代Pt对电极，通过P型半导体与石墨烯复合，获得了一种薄的光阳极的染料敏化太阳能电池，不仅可以收集外部电子，催化电解质中的碘离子，还可以吸收透射光，抑制复合，从而提高光电转化效率，同时采用准固态电解质解决液态电解质的不易封装、高温不稳定、易泄露等缺陷。

为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：

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。

所述超薄准固态敏化电池效率远高于同样结构，以Pt为对电极的太阳电池的效率，并且相对于同样结构，采用液态电解质的电池，准固态电解质电池没有明显下降，但解决液态电解质的不易封装、高温不稳定、易泄露等缺陷。

所述的光阳极为TiO₂光阳极材料。