管改性的炭黑和石墨对电极太阳能电池开路电压（0.65V)基本保持一致；其光电转换 效率为6. 94%，比未经碳纳米管改性的炭黑和石墨对电极太阳能电池效率（5. 57% )提高 了约 25%。
[0033] 实施例3 :30wt%碳纳米管加入到炭黑和石墨混合物中。
[0034] 按质量比为1:1称取2g的炭黑和石墨在常温下混合于24g质量比为5:1的松油 醇和无水乙醇的有机溶剂A中，持续搅拌至溶解完全，然后加入0. 5g Zr02纳米颗粒、0. 5g 乙基纤维素和用质量分数为10%的无水乙醇进行溶解，其中无水乙醇的质量已包含在有机 溶剂A中，继续搅拌使其混合均匀。乙基纤维素作为粘连剂，二氧化锆作为隔离层。
[0035] 向混合溶液中加入0. 85g占碳材料质量分数为30%的碳纳米管，常温下搅拌1小 时至共混均匀。
[0036] 待搅拌均匀后，将得到的混合物倒入球磨罐中，持续球磨至混合均匀，得到碳纳米 管改性炭黑和石墨的对电极。将经过30wt%碳纳米管改性的对电极应用到染料敏化纳米 晶太阳能电池中，在掺杂氟的311〇 2透明导电玻璃即FTO导电玻璃上刮涂20 μπι厚的碳对电 极，然后在高温烧结炉中加热到400°C并保温30min。在染料敏化纳米晶薄膜表面滴加液态 电解质，加上光阳极，即可组装成染料敏化纳米晶太阳能电池。
[0037] 在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为95. 53mW. cm 2(光强：使用娃光电二极 管标定）条件下，测得30wt%碳纳米管改性的对电极染料敏化纳米晶太阳能电池（有效光 照面积为0. 16cm2)的短路电流为13. 87mA. cnT2,比未经碳纳米管改性的炭黑和石墨对电极 太阳能电池短路电流（12. 83mA. cnT2)提高了 1.04mA. cnT2;其开路电压为0.63V，与未经碳 纳米管改性的炭黑和石墨对电极太阳能电池开路电压（0.65V)基本保持一致；其光电转换 效率为6. 18%，比未经碳纳米管改性的炭黑和石墨对电极太阳能电池效率（5. 57% )提高 了约 11%。
[0038] 实施例4 :20wt%碳纳米管加入到炭黑和石墨混合物中
[0039] 按质量比为1:0. 02称取2g的炭黑和石墨在常温下混合于48g质量比为5:1的 松油醇和无水乙醇的有机溶剂A中，持续搅拌至溶解完全，然后加入0. 4g Zr02纳米颗粒、 〇.4g乙基纤维素和用质量分数为10%的无水乙醇进行溶解，其中无水乙醇的质量已包含 在有机溶剂A中，继续搅拌使其混合均匀。乙基纤维素作为粘连剂，二氧化锆作为隔离层， 隔离层起到充当支架，使物质形成疏松多孔结构，使在微观状态下形成微孔结构的作用。向 混合溶液中加入〇. 5g占碳材料质量分数为20%的碳纳米管，常温下搅拌1小时至共混均 匀。
[0040] 待搅拌均匀后，将得到的混合物倒入球磨罐中，持续球磨至混合均匀，得到碳纳米 管改性炭黑和石墨的对电极。将经过20wt %碳纳米管改性的对电极应用到染料敏化纳米晶 太阳能电池中，在导电玻璃上刮涂IOym厚的碳对电极，然后在高温烧结炉中加热到400°C 并保温30min。在染料敏化纳米晶薄膜表面滴加液态电解质，加上光阳极，即可组装成染料 敏化纳米晶太阳能电池。
[0041] 实施例5 :30wt%碳纳米管加入到炭黑和石墨混合物中。
[0042] 按质量比为1:0. 05称取4g的炭黑和石墨在常温下混合于36g质量比为5:3的 松油醇和无水乙醇的有机溶剂A中，持续搅拌至溶解完全，然后加入0. 2g Zr02纳米颗粒、 0.2g乙基纤维素和用质量分数为10%的无水乙醇进行溶解，其中无水乙醇的质量已包含 在有机溶剂A中，继续搅拌使其混合均匀。乙基纤维素作为粘连剂，二氧化锆作为隔离层。
[0043] 向混合溶液中加入0. 85g占碳材料质量分数为30%的碳纳米管，常温下搅拌2小 时至共混均匀。
[0044] 待搅拌均匀后，将得到的混合物倒入球磨罐中，持续球磨至混合均匀，得到碳纳米 管改性炭黑和石墨的对电极。将经过30wt %碳纳米管改性的对电极应用到染料敏化纳米晶 太阳能电池中，在金属基底上刮涂30 μ m厚的碳对电极，然后在高温烧结炉中加热到380°C 并保温25min。在染料敏化纳米晶薄膜表面滴加液态电解质，加上光阳极，即可组装成染料 敏化纳米晶太阳能电池。
[0045] 对比实施例1 :完全由碳纳米管合成的对电极
[0046] 称取2g的碳纳米管在常温下混合于24g质量比为5:1的松油醇和无水乙醇的有 机溶剂A中，持续搅拌至溶解完全，然后加入0. 5g Zr02纳米颗粒、0. 5g乙基纤维素和用质 量分数为10%的无水乙醇进行溶解，其中无水乙醇的质量已包含在有机溶剂A中，继续搅 拌使其混合均匀。乙基纤维素作为粘连剂，二氧化锆作为隔离层。
[0047] 待搅拌均匀后，将得到的混合物倒入球磨罐中，持续球磨至混合均匀，得到碳纳米 管对电极。将碳纳米管对电极应用到染料敏化纳米晶太阳能电池中，在掺杂氟的Sn02透明 导电玻璃即FTO导电玻璃上刮涂20 μ m厚的碳对电极，然后在高温烧结炉中加热到400°C并 保温30min。在染料敏化纳米晶薄膜表面滴加液态电解质，加上光阳极，即可组装成染料敏 化纳米晶太阳能电池。
[0048] 在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为95. 53mW. cm 2(光强：使用娃光电二 极管标定）条件下，测得碳纳米管对电极染料敏化纳米晶太阳能电池（有效光照面积为 0· 16cm2)的光电转换效率为5. 80%。（开路电压：0· 64V，短路电流13. 42mA. cnT2)
[0049] 对比实施例2 :未经碳纳米管改性的炭黑和石墨对电极
[0050] 按质量比为1:1称取2g的炭黑和石墨在常温下混合于24g质量比为5:1的松油 醇和无水乙醇的有机溶剂A中，持续搅拌至溶解完全，然后加入0. 5g Zr02纳米颗粒、0. 5g 乙基纤维素和用质量分数为10%的无水乙醇进行溶解，其中无水乙醇的质量已包含在有机 溶剂A中，继续搅拌使其混合均匀。乙基纤维素作为粘连剂，二氧化锆作为隔离层。
[0051] 待搅拌均匀后，将得到的混合物倒入球磨罐中，持续球磨至混合均匀，得到炭黑和 石墨的对电极。将炭黑和石墨对电极应用到染料敏化纳米晶太阳能电池中，在掺杂氟的 311〇2透明导电玻璃即FTO导电玻璃上刮涂20 ym厚的碳对电极，然后在高温烧结炉中加热 到400°C并保温30min。在染料敏化纳米晶薄膜表面滴加液态电解质，加上光阳极，即可组 装成染料敏化纳米晶太阳能电池。
[0052] 在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为95. 53mW. cm 2(光强：使用娃光电二极 管标定）条件下，测得未经碳纳米管改性的炭黑和石墨对电极染料敏化纳米晶太阳能电池 (有效光照面积为〇. 16cm2)的光电转换效率为5. 57%。
[0053] 利用上述制造的实施例和对比实施例的染料敏化纳米晶太阳能电池测量了短 路光电流密度（short-circuit photocurrent density，Jsc)、开路电压（open circuit photovoltage，Voc)、和光电转换效率（η )，并显示在表1中。
[0054]
【主权项】
1. 一种改性的炭黑和石墨对电极，其特征在于所述的对电极包括如下组分：炭黑、石 墨、碳纳米管、己基纤维素、二氧化错及有机溶剂A，前述的炭黑和石墨重量配比为1:1~ 1:5,前述的炭黑和石墨总重量为有机溶剂A重量的5%~10% ;前述的己基纤维素重量为 炭黑和石墨总重量的20~30% ;前述的二氧化错重量为炭黑和石墨总重量的20~30% ; 前述的碳纳米管占碳纳米管、炭黑和石墨总重量的20%~35% ;前述的有机溶剂为质量比 为5:1~5:3的松油醇和无水己醇混合而成。
2. 根据权利要求1所述的改性的炭黑和石墨对电极，其特征在于所述炭黑，石墨、碳纳 米管、有机溶剂A、己基纤维素和二氧化错的重量比=1 ;1 ;0. 66 ;0. 25 ;0. 25 ;0. 5 ;0. 5。
3. -种制备如权利要求1或2所述的改性的炭黑和石墨对电极的方法，其特征在于包 括如下步骤： ① 按配方要求称取炭黑和石墨，溶于有松油醇和无水己醇组成的混合液中揽拌溶解W 制得混合液； ② 先将己基纤维素和二氧化错分别用无水己醇溶解，然后分别加入到混合液中，得到 高分子纳米粒子混合液； ⑨向步骤②所得的高分子纳米粒子混合液中加入碳纳米管，在25~27 °C下揽拌0. 5~ 2小时至混合均匀； ④待揽拌均匀后，将步骤⑨得到的混合物倒入球磨罐中，持续球磨至混合均匀，得到碳 纳米管改性炭黑和石墨的对电极。
4. 一种应用有如权利要求3所述的改性的炭黑和石墨对电极的染料敏化纳米晶太阳 能电池，其特征在于包括如下步骤： ① 预处理；在导电基底上刮涂碳纳米管改性炭黑和石墨的对电极，然后在高温烧结炉 中加热到380~420°C并保温25~35min ; ② 组装，在步骤①加上光阳极，并在染料敏化纳米晶薄膜表面滴加液态电解质，即可组 装成染料敏化纳米晶太阳能电池。
5. 根据权利要求4所述的改性的炭黑和石墨对电极的染料敏化纳米晶太阳能电池，其 特征在于所述导电基底为导电玻璃或金属基底或渗杂氣的Sn〇2透明导电玻璃。
【专利摘要】本发明涉及一种改性的炭黑和石墨对电极，所述对电极包括如下组分：炭黑、石墨、碳纳米管、乙基纤维素、二氧化锆及有机溶剂A，炭黑和石墨重量配比为1:1～1:5，炭黑和石墨总重量为有机溶剂A重量的5％～10％；乙基纤维素重量和二氧化锆重量均为炭黑和石墨总重量的20～30％，碳纳米管占碳纳米管、炭黑和石墨总重量的20％～35％；有机溶剂为质量比为5:1～5:3的松油醇和无水乙醇混合而成，本发明还涉及改性的炭黑和石墨对电极的制备方法和应用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明有效增加对电极的电子传输从而提高电池的短路电流，进而提高碳纳米管改性炭黑和石墨的对电极染料敏化纳米晶太阳能电池的效率。
【IPC分类】H01G9-20, H01G9-042
【公开号】CN104681283
【申请号】CN201510077301
【发明人】诸跃进, 岳国强, 张京, 刘金旺, 卢兴伟, 张科
【申请人】宁波大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年2月12日