[发明专利]基于石墨烯的染料敏化太阳能电池复合光阳极及制备方法

权利要求书

1.一种含有石墨烯的染料敏化太阳能电池复合光阳极，其特征在于所述的复合光阳极为在基底材料上覆盖一层由石墨烯和纳米陶瓷颗粒组成的半导体薄膜；

所述的石墨烯与纳米陶瓷颗粒的质量比为1∶3000-1∶100。

2.按权利要求1所述的复合光阳极，其特征在于所述的纳米陶瓷颗粒为TiO₂，ZnO，SnO₂，Nb₂O₅，Al₂O₃，In₂O₃，CuO和SiO₂中一种或一种以上氧化物。

3.按权利要求1所述的复合光阳极，其特征在于所述的基底材料为透明导电玻璃、金属基底、碳材料基底、聚乙烯、聚苯乙烯和聚酯中的任一种。

4.制备如权利要求1-3中任一项所述的复合光阳极的方法，其特征在于包括：

(a)用天然石墨粉为原料，加入一定量的硝酸钠、浓硫酸和高锰酸钾，在≤20℃条件下均匀混合，随后升温至30-40℃反应20-40min；然后向上述混合溶液中缓慢加入去离子水稀释，升温至90-100℃反应15-20min，再加入一定量的过氧化氢溶液；然后离心过滤，并用稀盐酸溶液洗涤除去金属离子，再用去离子水洗涤除去多余的酸，并用水洗涤至PH＝7，最终得到氧化的石墨片水溶液，再将其进行超声处理，得到黄褐色的分散均一的氧化石墨片溶液；

(b)取步骤a制备的分散均一的氧化石墨片溶液，按一定比例加入Nafion水溶液和乙醇，控制水与乙醇的体积比为1∶1，然后加入水合肼，在70-90℃条件下搅拌，经还原反应后，将所得到的产物进行超声处理，然后离心去除少量沉淀，离心得到的稳定的黑色悬浮液为Nafion功能化的石墨烯溶液；

(c)将步骤b制得的Nafion功能化的石墨烯溶液与纳米陶瓷颗粒按照一定比例混合，加入的溶剂、粘结剂和分散剂，搅拌直至形成粘稠的浆体；

(d)用玻璃棒将步骤c制得的浆料涂敷在基底材料上，将样品放入马弗炉中在100℃-500℃加热10min-6h，温度降至70-80℃，然后浸入染料溶液中，60-80℃保温40-400min后取出，用乙醇冲洗后晾干，得到石墨烯-纳米陶瓷颗粒复合光阳极；

步骤a中硝酸钠的加入量为每克石墨粉中加入0.1-5g，每克石墨粉中加入浓硫酸为10-100ml，加入高锰酸钾为0.5-10g，加入的过氧化氢5-50ml。

5.按权利要求4所述的复合光阳极的制备方法，其特征在于先在基底材料上涂敷一层纳米陶瓷然后再涂敷一层含有石墨烯的浆料，然后再按步骤d的方法形成含石墨烯的纳米陶瓷颗粒复合光阳极。

6.按权利要求4所述的复合光阳极的制备方法，其特征在于先在基底上涂敷一层含石墨烯的薄膜，然后再涂敷一层纳米陶瓷，最后再按步骤d的方法形成含石墨烯的纳米陶瓷颗粒的复合光电极。

7.按权利要求4、5或6所述的复合光阳极的制备方法，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。

8.按权利要求4、5或6所述的复合光阳极的制备方法，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。

9.按权利要求4、5或6所述的复合光阳极的制备方法，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。

10.按权利要求4、5或6所述的复合光阳极的制备方法，其特征在于：

①所述的染料溶液为四氯化钛溶液，浓度为0.1-1.0摩尔/升；

②浸入的次数为2-5次。