专利名称：基于三维石墨烯的光伏电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及光伏电池领域，具体涉及一种基于三维石墨烯的光伏电池及其制备方法。
背景技术：
开发新能源材料和利用新能源是当前各国必须首先解决的重大问题，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；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(其成本仅为硅太阳能电池的1/5 1/10)，生产工艺简单、无污染，对温度变化和光强度变化不敏感，光稳定性好，使用寿命长(可达15年以上)等优点，是一种极有前途的环保型太阳能电池。20世纪90年代初期，瑞士科学家M. Gratzel将纳米多孔的二氧化钛薄膜涂覆在导电基底上，以联吡啶钌为敏化剂，以I-/I3-为电解质，以钼为背电极构建了染料敏化太阳能电池(0' Regan, B. ；Gratzel, Μ. A low-cost, high-efficiency solar cell based ondye-sensitized colloidal Ti02 films. Nature, 1991,335,737-739) 图 1 为传统的染料敏化太阳能电池的结构图，从图1中可以看出，在导电基底和背电极之间依次形成有光阳极、敏化剂层、电解质层，其基本工作原理为可见光照射在电极上时，阳极上染料分子在可见光的作用下通过吸收光能而跃迁到激发态，由于激发态不稳定，通过染料分子与半导体颗粒表面的相互作用，电子很快跃迁到较低能级的半导体颗粒导带，进入导带的电子通过扩散富集进入导电玻璃的导电膜，然后通过外回路产生光电流。染料分子从电解质溶液中获得电子而被还原成基态，电解质中被氧化的电子扩散至对电极，这就完成了一个光电化学反应循环。与传统的硅太阳能电池相比，这种光伏电池具有显著地优势对温度不敏感，可在较宽的温度范围内工作；制备过程简单，不需要昂贵的设备；性能稳定，理论上寿命可以达到20年以上。迄今为止，成本较高是限制染料敏化太阳能电池产业化应用的瓶颈之一，主要的原因就是目前典型的染料敏化太阳能电池需要使用透明导电基底。导电基底是一种透明的n型半导体材料，如氧化铟锡(ΙΤ0)、掺氟的Sn02膜(FTO)等包覆在玻璃上形成。ITO和FTO导电膜主要通过化学气相沉积、阴极溅射、溅射热解、电子束蒸发和氧离子束辅助沉积等方法在玻璃上制备。制备工艺复杂，原料成本高，进而大大提升了染料敏化太阳能电池的价格。半导体材料中光阳极一般采用二氧化钛薄膜，而光阳极导电基底材料的特性、形貌、厚度等对染料敏化太阳能电池的光电特性具有很大的影响。参见图1，为传统染料敏化太阳能电池的结构示意图，其中包括1、导电基底；2、光阳极；3、敏化剂层；4、电解质层；5背电极。专利申请公布号CN1022M702A公开一种传统的电池结构，其利用石墨烯片作为网络支架、在CS上均勻附着二氧化钛和Ag纳米晶作为复合光阳极材料，然后将所述材料涂覆于透明导电玻璃(导电基底)制作成光阳极。该方法是在二氧化钛中作为辅助填料掺入一定比例的石墨烯而制作成光阳极，以此提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率，增加染料的吸附以及延长电子传输寿命。
发明内容
本发明人意识到将具有优异电子收集与传输性能的石墨烯引到光阳极中，取代传统的导电基底，由此提供一种基于三维石墨烯的新型的光伏电池结构。本发明提供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，其中，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。本发明的光伏电池制备方法，通过在光阳极层中引入三维石墨烯，省略了传统的导电基底，降低了电池的制备成本，简化了工艺，能制备出性能稳定的光伏电池。本发明中，所述纳米陶瓷材料可以为Ti02、aiO、SnO2、Nb2O5、Al2O3、In203、CuO, Cu2O,CdSe, CdS, CdTe, InP, PbS、InN、Ta3N5, GaAs, GaP, Fe2O3, W03、CuS, Cu2S 禾口 SiO2 中一种或两种以上。优选为TW2和&ι0，该陶瓷材料性能稳定，价格低廉且无污染。所述背电极可以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。所述电解质层可以由乙腈、戊腈、甲氧基丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、Y-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。优选碘单质/碘化锂，该电解质性能稳定。所述敏化剂层可以由联吡啶钌的配合物、酞箐类染料、吓啉类染料、CdSe, CdS、CdTe, InP, PbS、InN, Ta3N5、GaAs, GaP, ZnO, Fe2O3, W03、SnO2, CuS, Cu2S 和 11 中一种或两种以上敏化剂构成。优选联吡啶钌的配合物(N719)、C(Ke及CdS，这些敏化剂性能稳定，作为本发明的敏化剂使用。另一方面，本发明还提供一种基于三维石墨烯的光伏电池制备方法，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。较佳地，工序A还包括制作三维石墨烯多孔结构的工序Al ；将纳米陶瓷材料与溶剂、粘结剂和分散剂均勻混合，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。此外，可以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。又，可以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°C加热10min-8h，从而得到光阳极。优选地，浸渍提拉的次数为10-40，次数过多或过少均会影响对敏化剂的吸附。此外，若以450-510°C加热20-400min，可以取得
更好的复合效果。
此外，可以通过将光阳极在40_80°C时浸入浓度为0. lmM-2M的敏化剂溶液中，在60-80°C下保温10-600min，取出洗涤从而得到形成有敏化剂层的光阳极。优选地，敏化剂的浓度为0. 3mM-lM，保温时间为30-400min。本发明中的三维石墨烯多孔结构，可以在包括泡沫状金属Cu、Ru、Ti、Zr、Nb、Ta、Fe、Co、Ni、V、Rh、Pd、Co、Ir、Pt、Mo、W和Zn中的一种或一种以上的三维骨架上制备。制备方法可以选用例如化学气相沉积，将石墨烯生长在三维骨架上；也可以采用机械剥离法，以此将石墨烯分散到三维骨架上，从而制得三维石墨烯多孔结构。在上述工序A2中，可以选择去离子水或易挥发溶剂乙醇、丙酮或它们的任意混合物作为溶剂合用。此外，可以选择曲拉通X-100、聚乙二醇、乙基纤维素或它们的任意混合物作为粘接剂。又，可以选择乙酰丙酮、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸钠或它们的任意混合物作为分散剂。本发明的光伏电池，通过在光阳极层中引入三维石墨烯，省略了传统的导电基底，降低了电池的成本，使用石墨烯作为电子收集与传输的材料，降低了电子被缺陷捕获的几率，同时此石墨烯的三维结构提高了光阳极对敏化剂的吸附，可以产生更多的光电子，进而提升光伏电池的光电流密度。
图1为传统染料敏化太阳能电池的结构示意图；图2为本发明基于三维石墨烯的光伏电池结构图3为本发明的在三维骨架泡沫镍上使用化学气相沉积方法生长的石墨烯的扫描电镜照片(SEM)。
具体实施例方式参照说明书附图，并结合下述实施方式进一步说明本发明，应理解，说明书附图及下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。图2为本发明基于三维石墨烯的光伏电池结构图，从图中可以看出，该电池是由光阳极层、敏化剂层、电解质层以及背电极构成的层状结构，在两个背电极1、7之间依次形成有电解质层2、敏化剂层3、光阳极层4、敏化剂层5和电解质层6，且光阳极4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。上述纳米陶瓷材料可以为Ti02、Zn0、Sn02、Nb205、Al203、In203、Cu0、Cu20、CdSe、CdS、CdTe, InP、PbS、InN、Ta3N5、GaAs、GaP、Fe2O3、WO3、CuS、Cu2S 禾口 SiO2 中一种或两种以上。优选为TiA和加0。上述背电极可以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。上述电解质层可以由乙腈、戊腈、甲氧基丙腈、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、Y-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，优选由碘单质/碘化锂电解质构成。上述敏化剂层可以由联吡啶钌的配合物、酞箐类染料、吓啉类染料、CdSe, CdS、CdTe, InP、PbS、ΙηΝ、 ^3Ν5、GaAs、(iaP、ZnO、Fe203、W03、Sn02、CuS、Cu2S 和 TiO2 中一种或两种以上敏化剂构成，优选由联吡啶钌的配合物、CcKe和CdS构成。本发明的光伏电池，通过在光阳极层中引入三维石墨烯，省略了传统的导电基底，降低了电池的成本，使用石墨烯作为电子收集与传输的材料，降低了电子被缺陷捕获的几率，同时此石墨烯的三维结构提高了光阳极对敏化剂的吸附，可以产生更多的光电子，进而提升光伏电池的光电流密度。以下说明本发明的三维石墨烯的光伏电池制备方法，在三维骨架上制备石墨烯，得到三维结构的石墨烯的过程；将纳米陶瓷颗粒与溶剂、粘结剂和分散剂均勻混合，形成粘稠的光阳极浆料的过程；将三维结构的石墨烯在浆料中浸渍提拉，然后放入作为加热容器中加热，得到光阳极的过程；将光阳极浸入敏化剂溶液中，用洗剂冲洗后晾干，得到形成有敏化剂层的光阳极的过程；将得到的形成有敏化剂层的光阳极与背电极叠加，滴加电解质后，得到光伏电池。上述加热容器可以选用马弗炉，但根据加热温度可以选用其他适合的加热容器，洗剂可以选用乙醇，丙酮或松油醇。在本发明中可以通过机械剥离将石墨烯分散到三维骨架上，制作三维结构的石墨烯；或者可以通过化学气相沉积将石墨烯生长在三维骨架上，制作三维结构的石墨烯。上述三维骨架可以是泡沫状金属Cu、Ru、Ti、Zr、Nb、Ta、Fe, Co, Ni、V、Rh、Pd、Co、Ir、Pt、Mo、W及Si中的一种或两种以上，但优选为泡沫Cu和泡沫Ni。该三维骨架为化学沉积提供了催化模板。本发明中，所述溶剂可以为去离子水或易挥发溶剂乙醇、丙酮或它们的任意混合物；粘结剂可以为曲拉通X-100、聚乙二醇、乙基纤维素或它们的任意混合物；分散剂可以为乙酰丙酮、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸钠或它们的任意混合物。本发明中，上述浸渍提拉的次数为2-50次，优选为10-40次，在加热容器中加热时，在100-600°C下加热，10min-8h上，优选在450_510°C加热20_400min ；光阳极最好是在40-80 V时浸入敏化剂溶液中，所述敏化剂浓度可以为0. lmM-2M。将光阳极浸入敏化剂溶液后，在60-80°C下保温10-600min，优选保温30-400min。取出后用洗剂冲洗干燥，得到形成有敏化剂层的光阳极。本发明的光伏电池制备方法，通过在光阳极层中引入三维石墨烯，省略了传统的导电基底，降低了电池的制备成本，简化了工艺，能制备出性能稳定的光伏电池。下面进一步例举实施例以详细说明本发明的示例制备工艺。应理解，下述实施例是为了更好地说明本发明，而非限制本发明。实施例1
本实施例的三维石墨烯的光伏电池的制备方法包括以下步骤在三维骨架泡沫镍上用化学气相沉积方法制备三维石墨烯，图3为得到三维结构的石墨烯的扫描电镜照片；将纳米二氧化钛颗粒与乙醇、聚乙二醇和乙酰丙酮均勻混合，形成粘稠的浆料；将三维结构的石墨烯在浆料中浸渍提拉10次，然后放入马弗炉中在450°C加热30min，得到光阳极；将光阳极在80°C时浸入联吡啶钌的配合物(N719)溶液中(浓度为0. 3mM)，60°C保温400min后取出，用乙醇冲洗后晾干，将得到的样品与金属钼电极叠加，滴加电解质碘单质/碘化锂后，得到光伏电池。实施例2
本实施例的三维石墨烯的光伏电池的制备方法包括以下步骤在三维骨架泡沫铜上用化学气相沉积方法制备三维石墨烯；将纳米二氧化钛颗粒与乙醇、聚乙二醇和乙酰丙酮均勻混合，形成粘稠的浆料；将三维结构的石墨烯在浆料中浸渍提拉10次，然后放入马弗炉中在460°C加热20min，得到光阳极；将光阳极40°C时浸入联吡啶钌的配合物(N719)溶液中(浓度为0.4mM)，65°C保温300min后取出，用乙醇冲洗后晾干，将得到的样品与金属钼电极叠加，滴加电解质碘单质/碘化锂后，得到光伏电池。实施例3
本实施例的三维石墨烯的光伏电池的制备方法包括以下步骤在三维骨架泡沫镍上用化学气相沉积方法制备三维石墨烯；将纳米氧化锌颗粒与乙醇、聚乙二醇和乙酰丙酮均勻混合，形成粘稠的浆料；将三维结构的石墨烯在浆料中浸渍提拉20次，然后放入马弗炉中在500°C加热lOmin，得到光阳极；将光阳极在80°C时浸入联吡啶钌的配合物(N719)溶液中(浓度为0. 5mM)，75°C保温200min后取出，用乙醇冲洗后晾干，将得到的样品与金属钼电极叠加，滴加电解质碘单质/碘化锂后，得到光伏电池。实施例4
本实施例的三维石墨烯的光伏电池的制备方法包括以下步骤在三维骨架泡沫镍上用化学气相沉积方法制备三维石墨烯；将纳米氧化锌与纳米二氧化钛按照质量比1 1的比例混合的纳米颗粒与乙醇、聚乙二醇和乙酰丙酮均勻混合，形成粘稠的浆料；将三维结构的石墨烯在浆料中浸渍提拉15次，然后放入马弗炉中在470°C加热40min，得到光阳极；将光阳极在80°C时浸入联吡啶钌的配合物(N719)溶液中(浓度为0. 35mM)，80°C保温50min后取出，用乙醇冲洗后晾干，将得到的样品与金属钼电极叠加，滴加电解质碘单质/碘化锂后，得到光伏电池。实施例5
本实施例的三维石墨烯的光伏电池的制备方法包括以下步骤在三维骨架泡沫镍上用化学气相沉积方法制备三维石墨烯；将纳米二氧化钛颗粒与乙醇、聚乙二醇和乙酰丙酮均勻混合，形成粘稠的浆料；将三维结构的石墨烯在浆料中浸渍提拉35次，然后放入马弗炉中在350°C加热3小时，得到光阳极；将光阳极在80°C时浸入Cdk溶液中(浓度为1M)，60°C保温400min后取出，用乙醇冲洗后晾干，将得到的样品与金属钼电极叠加，滴加电解质碘单质/碘化锂后，得到光伏电池。实施例6
本实施例的三维石墨烯的光伏电池的制备方法包括以下步骤在三维骨架泡沫镍上用化学气相沉积方法制备三维石墨烯；将纳米二氧化钛颗粒与乙醇、聚乙二醇和乙酰丙酮均勻混合，形成粘稠的浆料；将三维结构的石墨烯在浆料中浸渍提拉25次，然后放入马弗炉中在470°C加热lOOmin，得到光阳极；将光阳极在50°C时浸入CdSe与N719的混合敏化剂(浓度分别为1M，0. 3mM)溶液中，60°C保温IOOmin后取出，用乙醇冲洗后晾干，将得到的样品与金属钼电极叠加，滴加电解质碘单质/碘化锂后，得到光伏电池。实施例7
本实施例的三维石墨烯的光伏电池的制备方法包括以下步骤在三维骨架泡沫镍上用化学气相沉积方法制备三维石墨烯；将纳米二氧化钛颗粒与乙醇、聚乙二醇和乙酰丙酮均勻混合，形成粘稠的浆料；将三维结构的石墨烯在浆料中浸渍提拉35次，然后放入马弗炉中在480°C加热130min，得到光阳极；将光阳极在80°C时浸入CdSe和CdS的混合敏化剂(浓度分别为1M，0. 8M)，70°C保温150min后取出，用乙醇冲洗后晾干，将得到的样品与金属钼电极叠加，滴加电解质碘单质/碘化锂后，得到光伏电池。实施例8
本实施例的三维石墨烯的光伏电池的制备方法包括以下步骤在三维骨架泡沫镍上用化学气相沉积方法制备三维石墨烯；将纳米二氧化钛颗粒与去离子水、聚乙二醇和乙酰丙酮均勻混合，形成粘稠的浆料；将三维结构的石墨烯在浆料中浸渍提拉40次，然后放入马弗炉中在490°C加热150min，得到光阳极；将光阳极在70°C时浸入联吡啶钌的配合物(N719)溶液中(浓度为0.45mM)，65°C保温350min后取出，用乙醇冲洗后晾干，将得到的样品与金属钼电极叠加，滴加电解质碘单质/碘化锂后，得到光伏电池。实施例9
本实施例的三维石墨烯的光伏电池的制备方法包括以下步骤在三维骨架泡沫镍上用化学气相沉积方法制备三维石墨烯；将纳米二氧化钛颗粒与乙醇、乙基纤维素和乙酰丙酮均勻混合，形成粘稠的浆料；将三维结构的石墨烯在浆料中浸渍提拉25次，然后放入马弗炉中在500°C加热230min，得到光阳极；将光阳极在65°C时浸入联吡啶钌的配合物(N719)溶液中(浓度为0. 3mM)，60°C保温400min后取出，用乙醇冲洗后晾干，将得到的样品与金属钼电极叠加，滴加电解质碘单质/碘化锂后，得到光伏电池。实施例10
本实施例的三维石墨烯的光伏电池的制备方法包括以下步骤在三维骨架泡沫镍上用化学气相沉积方法制备三维石墨烯；将纳米二氧化钛颗粒与乙醇、曲拉通X-100和乙酰丙酮均勻混合，形成粘稠的浆料；将三维结构的石墨烯在浆料中浸渍提拉27次，然后放入马弗炉中在450°C加热60min，得到光阳极；将光阳极在80°C时浸入联吡啶钌的配合物(N719)溶液中(浓度为0. 3mM)，60°C保温360min后取出，用乙醇冲洗后晾干，将得到的样品与金属钼电极叠加，滴加电解质碘单质/碘化锂后，得到光伏电池。实施例11
本实施例的三维石墨烯的光伏电池的制备方法包括以下步骤在三维骨架泡沫镍上用化学气相沉积方法制备三维石墨烯；将纳米二氧化钛颗粒与乙醇、聚乙二醇和乙酰丙酮均勻混合，形成粘稠的浆料；将三维结构的石墨烯在浆料中浸渍提拉38次，然后放入马弗炉中在510°C加热30min，得到光阳极；将光阳极在40°C时浸入联吡啶钌的配合物(N719)溶液中(浓度为0. 3mM)，65°C保温320min后取出，用乙醇冲洗后晾干，将得到的样品与金属钼电极叠加，滴加电解质碘单质/碘化锂后，得到光伏电池。实施例12
本实施例的三维石墨烯的光伏电池的制备方法包括以下步骤在三维骨架泡沫镍上用化学气相沉积方法制备三维石墨烯；将纳米二氧化钛颗粒与乙醇、聚乙二醇和乙酰丙酮均勻混合，形成粘稠的浆料；将三维结构的石墨烯在浆料中浸渍提拉40次，然后放入马弗炉中在450°C加热20min，得到光阳极；将光阳极在50°C时浸入联吡啶钌的配合物(N719)溶液中(浓度为0. 45mM)，75°C保温400min后取出，用乙醇冲洗后晾干，将得到的样品与金属钼电极叠加，滴加电解质碘单质/碘化锂后，得到光伏电池。
产业应用性本发明的三维石墨烯制备方法省去了制作导电基底的工艺过程，因此降低了制作成本，且所制作出的三维石墨烯电学性能高，可广泛应用于太阳能光伏电池领域。
权利要求
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Ti02、Zn0、Sn02、 Nb2O5, A1203、In203、CuO, Cu2O, CdSe, CdS, CdTe, InP、PbS、InN、Ta3N5, GaAs, GaP、Fe2O3, W03、 CuS、Cu2S* 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、Y-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, Fe203> WO3> SnO2, CuS, Cu2S和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Al ；将纳米陶瓷材料与溶剂、粘结剂和分散剂均勻混合，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°C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°C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°C时浸入浓度为0. lmM-2M的敏化剂溶液中，在60_80°C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-lM，保温时间优选为30-400min。
14.根据权利要求6-12中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述三维石墨烯多孔结构是在包括泡沫状金属 Cu、Ru、Ti、Zr、Nb、Ta、Fe、Co、Ni、V、Rh、Pd、Co、Ir、Pt、Mo、W 和 Zn中的一种或一种以上的三维骨架上制备。
15.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，通过机械剥离将石墨烯分散到三维骨架上，制作三维石墨烯多孔结构。
16.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，通过化学气相沉积将石墨烯生长在三维骨架上，制作三维石墨烯多孔结构。
17.根据权利要求7-12中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为去离子水或易挥发溶剂乙醇、丙酮或它们的任意混合物。
18.根据权利要求7-12中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为曲拉通 X-100、聚乙二醇、乙基纤维素或它们的任意混合物。
19.根据权利要求7-12中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂为乙酰丙酮、十二烷基苯磺酸、十二烷基苯磺酸钠或它们的任意混合物。
全文摘要
本发明是提供基于三维石墨烯的光伏电池及其制备方法。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。本发明的光伏电池，通过在光阳极层中引入三维石墨烯，省略了传统的导电基底，降低了电池的成本，使用石墨烯作为电子收集与传输的材料，降低了电子被缺陷捕获的几率，同时此石墨烯的三维结构提高了光阳极对敏化剂的吸附，可以产生更多的光电子，进而提升光伏电池的光电流密度。
文档编号H01G9/20GK102568852SQ201210019279
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者孙盛睿, 黄富强 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所