[发明专利]染料敏化太阳能电池工作电极及其制备方法

说明书

本发明公开了染料敏化太阳能电池工作电极及其制备方法；所述染料敏化太阳能电池工作电极依次包括透明导电基底、Cu‑MOF复合石墨烯材料纳米阵列和二氧化钛纳米阵列，其中Cu‑MOF复合石墨烯材料纳米阵列和二氧化钛纳米阵列之间具有重叠部分。使用石墨烯复合Cu‑MOF材料使得Cu‑MOF较为稳定；同时重叠部分便于透明导电基底与二氧化钛的导带电性连接，避免了电子在薄膜中传输时间较长。其光电转换效率达到6.13％。

技术领域

本发明涉及染料敏化太阳能电池技术领域，尤其是涉及染料敏化太阳能电池及其工作电极和工作电极制备方法。

背景技术

染料敏化敏化太阳能电池的结构可以分为四部分：工作电极、敏化染料、电解液和对电极。在透明导电基底上制备一层纳米多孔半导体薄膜构成工作电极，通常称为光阳极，由于光阳极输出的是电子，从电源的角度看，光阳极其实是电源的负极，对电极是电源的正极；敏化染料吸附在所述纳米多孔半导体薄膜上；对电极一般是镀有一层铂的导电金属，也可以用碳或其他金属代替铂，工作电极和对电极之间充满电解液。二氧化钛纳米晶薄膜作为工作电极的纳米多孔半导体薄获得了初步的成功。但是单纯的二氧化钛纳米晶薄膜的导电性能差，电子在薄膜中传输时间较长，加剧了电子和电解液中离子的复合；且二氧化钛纳米晶薄膜对光的散射性差，对光的吸收差；导致电池的光电转换利率差。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明的目的在于提供一种光吸收性能好、光电转换利率好的涉及染料敏化太阳能电池工作电极和工作电极制备方法。

本发明提供了染料敏化太阳能电池工作电极，包括透明导电基底和半导体材料，所述染料敏化太阳能电池工作电极还含有Cu-MOF复合石墨烯材料。

进一步，所述染料敏化太阳能电池工作电极依次包括透明导电基底、 Cu-MOF复合石墨烯材料纳米阵列和二氧化钛纳米阵列，其中Cu-MOF复合石墨烯材料纳米阵列和二氧化钛纳米阵列之间具有重叠部分。

本发明提供了染料敏化太阳能电池工作电极制备方法，具体为：

步骤一：制备Cu-MOF复合氧化石墨烯材料；

步骤二：将Cu-MOF复合氧化石墨烯材料在去离子水中分散成悬浮液，悬浮液中Cu-MOF复合氧化石墨烯材料的浓度范围0.3-0.5mg/ml；并使用透明导电基底采用循环伏安法扫描悬浮液：将透明导电基底浸泡在悬浮液中，将其作为工作电极，将Cu-MOF复合氧化石墨烯材料还原成Cu-MOF复合石墨烯材料并呈纳米阵列地修饰在所述透明导电基底表面；

步骤三:待所述步骤二步骤进行到1/2-3/4时(步骤进行到1/2-3/4时是通过时间控制的：具体是将悬浮液中的Cu-MOF复合氧化石墨烯材料完全沉积到透明导电基底上所需要的时间的1/2-3/4)；向步骤二的悬浮液中添加四氯化钛，同时滴加盐酸，盐酸的的滴加量为四氯化钛的1/5-1/10，盐酸的质量浓度为30％；并持续采用循环伏安法扫描，扫描时间为15-30min；使二氧化钛呈纳米阵列地生成在修饰有Cu-MOF复合石墨烯材料的导电基底上，且二氧化钛纳米阵列与Cu-MOF复合石墨烯材料纳米阵列具有重叠部分，形成修饰有Cu-MOF复合石墨烯材料纳米阵列和二氧化钛纳米阵列的导电基底。

步骤四:将修饰有Cu-MOF复合石墨烯材料纳米阵列和二氧化钛纳米阵列的导电基底用去离子水洗净并烘干，烘干后作为所述染料敏化太阳能电池工作电极。