本發明專利技術涉及太陽電池，特指一種太陽能電池的光陽極及其制備方法；本發明專利技術的太陽能電池的光陽極是在石墨烯粉末上覆蓋二氧化鈦晶層為模板生長二氧化鈦納米線陣列并且在納米線陣列上生長納米顆粒形成復合結構，可應用在染料敏化太陽能電池中。石墨烯的片層覆蓋在FTO玻璃上作為阻隔層，阻止FTO玻璃與電解液的直接接觸，在石墨烯的片層上覆蓋一層二氧化鈦納米顆粒作為生長二氧化鈦納米線陣列的籽晶，水熱法生長納米線陣列，并且在納米線陣列上生長納米顆粒增大光陽極的比表面積，增加染料的吸附量，從而提高DSSC的光電流和轉換效率。從而提高DSSC的光電流和轉換效率。
【技術實現步驟摘要】
一種太陽能電池的光陽極及其制備方法
[0001]本專利技術涉及太陽電池，特指一種太陽能電池的光陽極及其制備方法；本專利技術的太陽能電池的光陽極是在石墨烯粉末上覆蓋二氧化鈦晶層為模板生長二氧化鈦納米線陣列并且在納米線陣列上生長納米顆粒形成復合結構，可應用在染料敏化太陽能電池中。
技術介紹
[0002]石油、煤、天然氣等非再生能源的缺乏使能源危機日漸成為社會發展、經濟發展和科學技術發展的制約因素之一，開發新能源材料和利用新能源是當前世界各國必須首先解決的重大課題；而太陽能具有清潔、使用安全、取之不盡、利用成本低且不受地理條件限制等諸多優點，是解決能源和環境問題的理想能源；太陽電池(DSSC)是基于納米技術發展起來的一種新型太陽電池，具有制作成本低(其成本僅為硅太陽能電池的1/5～1/10)，生產工藝簡單、無污染，對溫度變化和光強度變化不敏感，光穩定性好，是一種極有前途的環保型太陽能電池。
[0003]DSSC主要由透明導電基片、染料覆蓋的多孔納米晶半導體薄膜、電解質溶液和對電極組成。受光激發后，染料分子從基態躍遷到激發態，處于激發態的染料將電子注入到半導體納米晶的導帶中，注入到導帶中的電子在半導體膜中傳輸，到達半導體膜與導電玻璃接觸面后，進入外電路；DSSC的開路光電壓為光照時半導體的準費米能級與電解質溶液中氧化還原電對的氧化還原電位之差，短路光電流取決于光敏染料的光捕獲效率、電子注入效率和電子傳輸效率，而降低電荷復合效應和導帶玻璃基底的電阻可以提高填充因子。
[0004]目前，如何使DSSC獲得更高的光電轉換效率，提高電池穩定性，延長使用壽命一直是研究的熱點問題，染料吸附量、光的捕獲效率和加速電子的傳導以及抑制電子的復合是提高染料敏化太陽能電池的光電轉化效率的三個重要因素；隨著納米技術的發展，新型的納米材料以其優良的性能應用于染料敏化太陽能電池，石墨烯和一維納米材料(如納米線，納米管等)具有優良的電子傳輸性，能夠快速使電子和空穴分離，抑制暗電流的產生。
[0005]為此本專利技術首次提出利用石墨烯、二氧化鈦納米線陣列、二氧化鈦納米顆粒構造一種三維的復合結構的光陽極，在FTO玻璃表面覆蓋一層石墨烯和二氧化鈦納米顆粒的復合結構膜作為阻隔層，并在其上生長二氧化鈦納米線陣列和二氧化鈦納米顆粒的復合結構，通過石墨烯與二氧化鈦納米線的提高電子的傳輸速度，降低電荷的再復合，從而達到提高電池光電流光電流和DSSC效率的目的。
[0006]本專利技術提出一種新型太陽能電池的光陽極材料，即石墨烯/二氧化鈦納米線陣列/二氧化鈦納米顆粒復合結構用于DSSC的制作。
[0007]石墨烯的片層覆蓋在FTO玻璃上作為阻隔層，阻止FTO玻璃與電解液的直接接觸，在石墨烯的片層上覆蓋一層二氧化鈦納米顆粒作為生長二氧化鈦納米線陣列的籽晶，水熱法生長納米線陣列，并且在納米線陣列上生長納米顆粒增大光陽極的比表面積，增加染料的吸附量，從而提高DSSC的光電流和轉換效率。
技術實現思路
[0008]實現本專利技術的技術方案為：
[0009]第一步：在FTO玻璃上均勻覆蓋一層石墨烯/二氧化鈦納米顆粒薄膜以其作為阻隔層，二氧化鈦納米顆粒作為生長二氧化鈦納米線陣列的籽晶；
[0010]第二步：在FTO玻璃片上利用水熱法生長二氧化鈦納米線陣列；
[0011]第三步：在二氧化鈦納米線陣列上附著二氧化鈦納米顆粒；
[0012]第四步：制備好的復合結構在氮氣氣氛下煅燒；
[0013]第五步：光陽極的敏化及電池的組裝。
[0014]所述方法第一步，其特征是控制石墨烯的濃度，即氧化石墨烯與二氧化鈦的質量比，范圍在3％～12％。
[0015]所述方法第一步，在FTO玻璃制備石墨烯/二氧化鈦納米顆粒薄膜指：首先制備均勻穩定的石墨烯與二氧化鈦納米顆粒復合溶液，再將該石墨烯與二氧化鈦納米顆粒復合溶液旋涂在FTO玻璃上，使得石墨烯與二氧化鈦的納米顆粒完全覆蓋在FTO玻璃片上，在N2氣氛下退火得到石墨烯/二氧化鈦納米顆粒薄膜；或在FTO玻璃上先旋涂一層石墨烯后再旋涂二氧化鈦溶膠并在N2氣氛下退火得到石墨烯/二氧化鈦納米顆粒薄膜。
[0016]所述方法第一步，在FTO玻璃上覆蓋的石墨烯/二氧化鈦納米顆粒薄膜的厚度在200nm以下；
[0017]所述方法第二步，水熱法生長二氧化鈦納米線陣列溫度范圍在120～200℃，鈦酸四丁酯作為二氧化鈦納米線陣列的前驅體，其用量范圍為1.4
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10-3-4.4
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10-3mol；
[0018]所述方法第三步，在二氧化鈦納米線陣列上附著二氧化鈦納米顆粒，TiCl4水溶液的濃度范圍為0.05～0.4M，溫度范圍在30～90℃，生長時間為0.5～48h；
[0019]所述方法第三步，采用TiCl4水溶液處理二氧化鈦納米線陣列或在二氧化鈦納米線陣列上旋涂二氧化鈦溶膠后退火獲得二氧化鈦納米線陣列/二氧化鈦納米顆粒的復合結構；
[0020]所述方法第四步，燒結的溫度范圍為400～600℃，時間范圍為10～60min；
[0021]本專利技術的優點首次采用一種新型太陽能電池的光陽極材料，即石墨烯/二氧化鈦納米線陣列/二氧化鈦納米顆粒用于DSSC的制作，結合了石墨烯和二氧化鈦納米線陣列的電子傳輸特性，二氧化鈦納米顆粒高的比表面積，既加速了電子的轉移，抑制暗電流的發生，又增加了染料的吸附量，從而提高DSSC的光電流和轉換效率。
[0022]具體實施方法
[0023]以下結合實例進一步說明本專利技術的內容：
[0024]實例一：二氧化鈦納米線陣列敏化電池的制備
[0025]1、二氧化鈦納米線陣列的制備：利用丙酮、無水乙醇和去離子水依次對FTO導電玻璃超聲清洗，烘干放入100mL的高壓反應釜中，取30mL去離子水和30mL濃鹽酸放入燒杯攪拌5min后，加入1mL的鈦酸四丁酯，磁力攪拌5min，將配好的溶液倒入反應釜中密閉，在160℃溫度下加熱20h，反應結束后取出，冷卻至室溫后打開反應釜，將液體倒出，取出玻璃片，發現玻璃片上生長一層白色的薄膜，薄膜為二氧化鈦納米線陣列；
[0026]2、電極的敏化及電池組裝：由于生長的二氧化鈦納米線為單晶金紅石相，所以未燒結直接敏化，在3
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10-4mol/L的N719染料溶液中浸泡24h，制成光陽極，以Pt電極為對電
極，組裝成太陽能電池，電解液為含0.5MLiI、0.05MI2和0.5MTBP(4-tert-butylpyridine)的乙腈溶液。
[0027]實例二：石墨烯(GS)/二氧化鈦納米線陣列敏化電池的制備
[0028]1、二氧化鈦/GS復合物的制備：以TiCl3的鹽酸溶液為鈦源，將20mg的氧化石墨烯(GO)溶于150ml的去離子水中，調節pH值為10，超聲分散后，加入300mg的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)攪拌完全溶解，然后滴加1ml的TiCl3的鹽酸溶液，磁力攪拌在90℃保溫1h后，獲得均勻穩定的石墨烯與二氧化鈦納米顆粒本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種太陽能電池的光陽極，其特征在于：所述太陽能電池的光陽極由石墨烯/二氧化鈦納米顆粒復合層，二氧化鈦納米線陣列以及填充在二氧化鈦納米線陣列之間的二氧化鈦納米顆粒組成，石墨烯/二氧化鈦納米顆粒復合層中的二氧化鈦納米顆粒作為籽晶層生長得到二氧化鈦納米線陣列，石墨烯/二氧化鈦納米顆粒復合層中的石墨烯作為電解液的阻隔層。2.如權利要求1所述的一種太陽能電池的光陽極的制備方法，包括如下步驟：第一步：在FTO玻璃上制備均勻的石墨烯/二氧化鈦納米顆粒薄膜以其作為阻隔層，二氧化鈦納米顆粒作為生長二氧化鈦納米線陣列的籽晶；第二步：在FTO玻璃片上利用水熱法生長二氧化鈦納米線陣列；第三步：在二氧化鈦納米線陣列上附著二氧化鈦納米顆粒；第四步：制備好的復合結構在氮氣氣氛下煅燒；第五步：光陽極的敏化；所述光陽極的敏化指將煅燒后的復合結構通過N719染料進行敏化的方式得到太陽能電池的光陽極；所述步驟1中在FTO玻璃制備石墨烯/二氧化鈦納米顆粒薄膜指：首先制備均勻穩定的石墨烯與二氧化鈦納米顆粒復合溶液，再將該石墨烯與二氧化鈦納米顆粒復合溶液旋涂在FTO玻璃上，使得石墨烯與二氧化鈦的納米顆粒完全覆蓋在FTO玻璃片上，在N2氣氛下退火得到石墨烯/二氧化鈦納米顆粒薄膜；或在FTO玻璃上先旋涂一層石墨烯后再旋涂二氧化鈦溶膠并在N2氣氛下退火得到石墨烯/二氧化鈦納米顆粒薄膜。3.如權利要求2所述的一種太陽能電池的光陽極的制備方法，其特征在于：所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李燕，
申請(專利權)人：湖北芯亮新能源科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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