[发明专利]一种具有石墨烯界面层的太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳电池及其制备方法，具体地讲，涉及一种在导电玻璃和氧化物薄膜之间引入石墨烯界面层，用以抑制背反应过程的敏化太阳电池及其制备方法。

技术背景

能源枯竭是人类社会在21世纪面临的三大挑战之一，因此开发可再生的新型能源是人类在本世纪亟需解决的重大课题。在各种可再生能源中，太阳能以其“取之不尽，用之不竭”且环境友好、适用性广泛等优点，最有可能替代化石燃料而成为未来的主要能源形式。目前，人们利用太阳能的主要方法是制造太阳电池，将太阳能转换成电能加以利用。在种类繁多的太阳电池中，敏化太阳电池具有光电转化效率高、制备工艺简单、原材料价格便宜等优势，已经成为各国竞相研发的一种新型太阳电池。一般来讲，敏化太阳电池是由导电基底、光阳极(包括氧化物纳米多孔膜和光敏染料)、氧化/还原电解质以及对电极组成。

虽然敏化太阳电池具有许多潜在的优势，但是其效率和实际应用来比还有待提高。影响敏化太阳电池效率进一步提高的原因之一是在电池内部存在背反应过程(Back-transport reaction)。具体来讲，电解液可以通过光阳极内的孔隙渗入到导电玻璃处，并且可以和导电玻璃上的光生电子发生复合，形成所谓的背反应过程。以最常用的碘和碘化锂(I₂/LiI)电解液为例，反应方程式为2e^-+I₃^-→3I^-，如附图1所示。电池的背反应过程降低了光生电子的有效输出，影响了电池的光电转化效率。因此可见，阻止电解液和导电玻璃直接接触，可以有效抑制电池的背反应过程，从而能够显著增强其光电性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中敏化太阳电池的背反应过程降低其光电性能的问题，提供一种具有较高光电转化效率的敏化太阳电池及制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

一种具有石墨烯界面层的太阳电池，由导电玻璃、光阳极、电解质和对电极组成，所述导电玻璃与光阳极之间设置有石墨烯界面层。

所述的导电玻璃为铟锡氧化物导电玻璃(Indium tin oxides，ITO)、或者氟锡氧化物导电玻璃(Fluorin in oxides，FTO)。

所述的石墨烯界面层均匀分布在导电玻璃上，由1-10层单层碳原子组成，厚度为0.35-4nm。

所述的光阳极为敏化光阳极，由敏化材料和多孔氧化物薄膜组成，其中所述多孔氧化物薄膜为氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化钨、氧化锆或氧化铌，所述敏化材料为染料光敏化剂或者量子点光敏化剂中至少一种。

所述染料光敏化剂为太阳电池领域中常使用的联吡啶金属络合物系列、酚菁系列、卟啉系列、纯有机染料系列，如联吡啶钌络合物，N3、N719、Z907、Black dye。

所述量子点光敏化剂为硫化镉量子点、硒化镉量子点、碲化镉量子点、硫化锌量子点、硒化锌量子点、碲化锌量子点、硫化汞量子点、硒化汞量子点或碲化汞量子点。

所述电解质可以选择太阳电池领域常用的电解质溶液，例如有机溶液电解质，其中溶质为碘和碘化锂，溶液为常温下呈液态的腈类。

一种制备具有石墨烯界面层的太阳电池，按照下述步骤进行：

(1)将氧化石墨在有机溶剂中超声，形成悬浮液

(2)将氧化石墨悬浮液喷涂到导电玻璃上

(3)在还原性或者惰性气氛下，将喷涂在导电玻璃上的氧化石墨还原成石墨烯，在导电玻璃上得到石墨烯界面层

(4)将氧化物纳米晶粉末、聚乙二醇、去离子水放入研钵，研磨得到氧化物浆料，再将氧化物浆料涂覆在带有石墨烯界面层的导电玻璃上，烧结，得到多孔氧化物薄膜

(5)将步骤(4)制备的带有石墨烯界面层和多孔氧化物薄膜的导电玻璃，浸入光敏化剂溶液，制得光阳极

(6)将导电玻璃、石墨烯界面层、光阳极与电解液、对电极一起封装，制成带有石墨烯界面层的太阳电池。

所述步骤(1)中，有机溶剂为在常温下呈液态的芳香类、脂肪烃类、脂环烃类、卤化烃类、醇类、醚类、酯类或者酮类有机溶剂中的一种；氧化石墨的浓度为0.05-0.50mg/ml。

所述步骤(2)中，所述的导电玻璃为铟锡氧化物导电玻璃或者氟锡氧化物导电玻璃。

所述步骤(2)中，在进行喷涂时，载气为空气、氮气、氦气、氖气、氩气或者二氧化碳中的一种；载气流量为100-1000sccm；喷涂时间为1-3min；导电玻璃温度为60-90℃。