CN107785175B - 一种太阳能石墨烯电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能石墨烯电池，涉及太阳能电池技术领域。为了解决传统太阳能电池光电转化效率偏低、性能差且价格昂贵不利于大规模生产应用的技术问题。因此，本发明提供了一种太阳能石墨烯电池有效的提升了光电转换效率，使得光电转换效率达到12.11％，与电池性能明显提升，而且制备过程有效的降低了生产成本，适合大规模推广应用。

Description

一种太阳能石墨烯电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能石墨烯电池。
背景技术
随着经济的发展和社会的进步，能源短缺问题越来越突出。太阳能作为一种取之不尽的可再生新能源，具有其他类型能源无法比拟的优点。因此，对太阳能的开发和利用引起了人们的越来越多的重视。作为一种新型的太阳能电池，染料敏化太阳能电池由于其潜在的低成本和可观的光电转化效率高于受到了广泛的关注。而且光电转化效率已经超过11％，接近商业化多晶娃太阳能电池的转化效率，并且染料敏化太阳能电池制备技术简单、生产成本较低，显示出其潜在的商业应用前景。许多国家和企业已经对染料敏化太阳能电池产业化进行了深入的研究，染料敏化太阳能电池的应用已进入了产业性阶段。
染料敏化太阳能电池主要由三部分构成：半导体光阳极、电解质和对电极，其中光阳极是由形成于电极层上的半导体纳米晶膜与其表面吸附的光敏染料组成。电池的导电基底一般为氧化铟锡导电玻璃或掺氟的氧化锡导电玻璃。光阳极中使用的半导体一般为二氧化钛，敏化染料一般为过渡金属的配合物，染料敏化太阳能电池的电解质按照其物理状态的不同可以分为液态电解质、半固态电解质和固态电解质。染料敏化太阳能电池中常用的电解质为含有I- 3/I-电对的电解质。染料敏化太阳能电池的对电极主要为金属对电极和碳对电极。
由于对二维纳米材料石墨稀的开拓性研究，石墨稀作为一种新型的碳材料，有着传统碳纳米材料无法比拟的独特性能，具有相当高的比表面积理论值为和优异的导电率。石墨烯在太阳能电池、锂离子电池和超级电容器方面已经有许多探索和研究基于石墨稀的研究。
发明内容
本发明目的在于提供一种太阳能石墨烯电池，以解决传统太阳能电池光电转化效率偏低、性能差且价格昂贵不利于大规模生产应用的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种太阳能石墨烯电池。
本发明所述的一种太阳能石墨烯电池由透明导电玻璃基片、多孔石墨烯复合薄膜及染料敏化剂制备的光阳极，电解质溶液，和由透明导电玻璃基体、复合催化层和多孔碳膜制备的对电极以及将其密封固定的薄膜壳体组成，所述光阳极由多孔石墨烯复合薄膜涂覆于透明导电玻璃基片表面，染料敏化剂则牢固附着于多孔石墨烯复合薄膜上制备而成；所述的对电极是将碳浆料涂覆于透明导电玻璃基片表面形成多孔碳膜，复合催化剂涂覆于多孔碳膜形成复合催化层制备而成，而电解质溶液则置于染料敏化剂与复合催化层之间并通过薄膜式壳体将整个电池密封固定成一体；所述的透明导电玻璃基片为FTO。
进一步，所述的太阳能石墨烯电池的生产方法，包括以下步骤：
①将石墨烯研碎和水混合，配制成1mg/ml悬浮液，超声处理1-1.5h然后在悬浮液中加入异佛尔酮二异氰酸酯混合均匀，继续超声分散30min后将混合悬浮液置于反应罐中恒定温度90℃反应24h，再加入水合肼继续反应30min,同时反应罐中除去氧气通入氮气，待反应后用氨水调p H至9-10，控制离心机转速为2000-3000r/min，离心处理10min,弃去上清液，得改性石墨烯；
②将步骤①制备的改性石墨烯溶于水，超声处理至其完全溶解，再加入纳米陶瓷复合浆料，超声分散15min,然后均匀涂覆于FTO透明导电玻璃基体表面,放置在温度为40-50℃的环境中30-40h,依次用去离子水、乙醇清洗并置于真空炉内焙烧,控制温度250℃，压力8-10KPa下处理2-3小时，并且通入氦气，待焙烧后在FTO透明导电玻璃基体表面形成多孔石墨烯复合薄膜；
③：将步骤②制备完成的敷设有多孔石墨烯复合薄膜FTO透明导电玻璃基片置于1×10-4-5×10-4mol/L的染料敏化剂中，染色的同时控制微波频率1000-2000MHZ，功率200④将步骤①制备的改性石墨-300w微波处理2-3h后，然后再进行250℃的烧结，得到光阳极；
烯、聚吡咯、按质量比5:1混合,再加入总质量1.5％的硅烷偶联剂KH-540以及总质量1.5％的纳米纤维素混和均匀，至于磁力搅拌器中，搅拌10min,然后边搅拌边加入混合质量0.5％N-甲基-2-吡咯烷酮和混合质量0.1％氟丙烯酸酯，添加完毕后，继续搅拌20min，得碳浆料；
⑤将FTO透明导电玻璃基片都先在热水中进行漂洗，然后在浓度为75％的乙醇中漂洗，然后50-60℃热风干燥至表面无水珠，将碳浆料均匀旋涂于FTO透明导电玻璃基片，控制转速1000r/min,涂覆时间控制在30s,再将涂覆了胶体的FTO透明导电玻璃基片在50℃真空干燥，在FTO透明导电玻璃基片表面形成多孔碳膜；
⑥将复合催化剂均匀涂覆于多孔碳膜的表面形成复合催化层，然后将带有多孔碳膜、复合催化层的FTO透明导电玻璃基片，放置在温度为50-60℃的环境中干燥30-40h,得对电极；
⑦将光阳极和对电极按常规方法用热封薄膜、经热压机热压密封装配成一体，将电解质溶液注入封装处理后的光阳极与对电极之间，即得得石墨烯染料敏化太阳能电池。
进一步，所述的纳米陶瓷复合浆料制备方法：在真空搅拌机中按重量比1.5:1:1:7的比例加入纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化硅、纳米陶瓷混合，再加入总重量1.1倍的N-甲基吡咯烷酮混合搅拌速搅拌30min，抽真空，当真空度达到0.01MPa时，再持续抽3min，在真空状态下继续高速搅拌2h，即得纳米陶瓷复合浆料。
进一步，所述的染料敏化剂是将西番莲色素粉末、金莲花色素粉末、玫瑰茄色素粉末、绿茶色素粉末按照重量比1:1:1:1比例混合，再加入乙醇直至色素粉末完全溶解,调pH值为5-6，即得染料敏化剂。
进一步，所述的复合催化剂是将步骤①制备的改性石墨烯和富勒烯C60按重量比1:2比例混合再加入总质量50-60％浓度为0.02g/mL－1的氯铂酸混合超声处理15-20min，再加入改性石墨烯质量5％的碳化钴钼和总质量1.2倍的的异丙醇超声处理10min,即得。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明制备的太阳能石墨烯电池，有效的提升了光电转换效率，使得光电转换效率达到12.11％，与电池性能明显提升，而且制备过程有效的降低了生产成本，适合大规模推广应用。
2、本发明在制备多孔石墨烯复合薄膜时，反应整个过程通入氦气一方面为了保护反应顺利进行，另一方面由于纳米陶瓷复合浆料中的氯化钙在氦气的作用下气化电离成金属钙离子，钙离子借助氦气注入多孔石墨烯复合薄膜，与膜中的钛金属结合在薄膜表面形成表面微晶，使得多孔石墨烯复合薄膜更加稳定和牢固的附着于在FTO透明导电玻璃基片上，不易脱落，进一步提高了光电转化效率，促进了太阳能电池性能的提升。
3、现有技术中多采用以钌的联吡啶配合物的光电性能最好,但由于它的成本比较高,合成困难,对环境污染较大，在一定程度上限制了它的大规模使用，而近年来，由于天然染料价格低廉，资源丰富，绿色环保，因此天然染料成为研究重点，但现有技术往往采用较多的是单一天然染料，而单一天然染料使用时太阳能电池光转化效率往往较低，暗电流发生严重，电池性能偏低，也使得给大规模推广使用造成了阻碍。因此本发明的染料敏化剂采用了由西番莲色素粉末、金莲花色素粉末、玫瑰茄色素粉末等含有大量的黄酮花色苷类的物质制备的天然混合染料敏化剂，当天然混合染料使用时的pH值小于5-6时，则体系中的质子较多，释放的过多的质子会吸引多孔石墨烯复合薄膜中的纳米TiO2中的电子或电解质中的阴离子I3 -，I3 -向纳米TiO2靠近使得电池内部暗电流反应过大，造成电池内部电流过多损失，使得光电转换效率降低，当pH值大于5-6时，随着pH值的增加,花色苷的结构发生变化,由黄烊阳离子逐渐转变为醌式碱的阴离子,虽然暗电流减少，但是电池的短路电流也降低，光电转化效率依然较低，因此，本发明将天然染料敏化剂使用时pH值调至5-6之间，此时的暗电流最小，短路电流最大，光电转化效率最高，电池性能也显著提高。
4、在太阳能染料敏化电池中，对电极材料的性能直接影响着电池效率。现有技术中常采用负载贵金属铂对电极的DSSC转化效率相对较高能达到11％，但是铂电极高昂的价格极大的限制了DSSC工业化的进程。因此，本发明制备了代替铂的复合催化剂，不仅导电性好，而且耐腐蚀，使用寿命延长，对环境污染小，价格低廉。在复合催化剂中，本发明采用石墨烯和富勒烯C60复合碳材料，由于单独使用石墨烯时，石墨烯层层堆积在薄膜上时不利于电解质的渗入，内部的石墨烯片层表面和边缘活性位点催化作用受到限制，因此，本发明添加石墨烯的同时添加了富勒烯C60，由于富勒烯C60是一种三维结构的新型碳材，C60光激发后易形成电子-空穴对，和石墨烯进行混合后，通过光激发后在连接紧密的石墨烯之间形成多个孔洞，有利于电解质渗入，增强了光电效率，增加抗腐蚀性提升了太阳能电池的性能。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种太阳能石墨烯电池由透明导电玻璃基片、多孔石墨烯复合薄膜及染料敏化剂制备的光阳极，电解质溶液，和由透明导电玻璃基体、复合催化层和多孔碳膜制备的对电极以及将其密封固定的薄膜壳体组成，所述光阳极由多孔石墨烯复合薄膜涂覆于透明导电玻璃基片表面，染料敏化剂则牢固附着于多孔石墨烯复合薄膜上制备而成；所述的对电极是将碳浆料涂覆于透明导电玻璃基片表面形成多孔碳膜，复合催化剂涂覆于多孔碳膜形成复合催化层制备而成，而电解质溶液则置于染料敏化剂与复合催化层之间并通过薄膜式壳体将整个电池密封固定成一体；所述的透明导电玻璃基片为FTO。
所述的太阳能石墨烯电池的生产方法，包括以下步骤：
①将石墨烯研碎和水混合，配制成1mg/ml悬浮液，超声处理1h然后在悬浮液中加入异佛尔酮二异氰酸酯混合均匀，继续超声分散30min后将混合悬浮液置于反应罐中恒定温度90℃反应24h，再加入水合肼继续反应30min,同时反应罐中除去氧气通入氮气，待反应后用氨水调pH至9，控制离心机转速为2000r/min，离心处理10min,弃去上清液，得改性石墨烯；
②将步骤①制备的改性石墨烯溶于水，超声处理至其完全溶解，再加入纳米陶瓷复合浆料，超声分散15min,然后均匀涂覆于FTO透明导电玻璃基体表面,放置在温度为40℃的环境中30h,依次用去离子水、乙醇清洗并置于真空炉内焙烧,控制温度250℃，压力8KPa下处理2小时，并且通入氦气，待焙烧后在FTO透明导电玻璃基体表面形成多孔石墨烯复合薄膜；所述的纳米陶瓷复合浆料制备方法：在真空搅拌机中按重量比1.5:1:1:7的比例加入纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化硅、纳米陶瓷混合，再加入总重量1.1倍的N-甲基吡咯烷酮混合搅拌速搅拌30min，抽真空，当真空度达到0.01MPa时，再持续抽3min，在真空状态下继续高速搅拌2h，即得纳米陶瓷复合浆料；
③将步骤②制备完成的敷设有多孔石墨烯复合薄膜FTO透明导电玻璃基片置于1×10-4mol/L的染料敏化剂中，染色的同时控制微波频率1000MHZ，功率200w微波处理2h后，然后再进行250℃的烧结，得到光阳极；所述的染料敏化剂是将西番莲色素粉末、金莲花色素粉末、玫瑰茄色素粉末、绿茶色素粉末按照重量比1:1:1:1比例混合，再加入乙醇直至色素粉末完全溶解,调PH值为5，即得染料敏化剂；
④将步骤①制备的改性石墨烯、聚吡咯、按质量比5:1混合,再加入总质量1.5％的硅烷偶联剂KH-540以及总质量1.5％的纳米纤维素混和均匀，至于磁力搅拌器中，搅拌10min,然后边搅拌边加入混合质量0.5％N-甲基-2-吡咯烷酮和混合质量0.1％氟丙烯酸酯，添加完毕后，继续搅拌20min，得碳浆料；
⑤将FTO透明导电玻璃基片都先在热水中进行漂洗，然后在浓度为75％的乙醇中漂洗，然后50℃热风干燥至表面无水珠，将碳浆料均匀旋涂于FTO透明导电玻璃基片，控制转速1000r/min,涂覆时间控制在30s,再将涂覆了胶体的FTO透明导电玻璃基片在50℃真空干燥，在FTO透明导电玻璃基片表面形成多孔碳膜；
⑥将复合催化剂均匀涂覆于多孔碳膜的表面形成复合催化层，然后将带有多孔碳膜、复合催化层的FTO透明导电玻璃基片，放置在温度为50℃的环境中干燥30h,得对电极；所述的复合催化剂是将步骤①制备的改性石墨烯和富勒烯C60按重量比1:2比例混合再加入总质量50％浓度为0.02g/mL－1的氯铂酸混合超声处理15min，再加入改性石墨烯质量5％的碳化钴钼和总质量1.2倍的的异丙醇超声处理10min,即得；
⑦将光阳极和对电极按常规方法用热封薄膜、经热压机热压密封装配成一体，将电解质溶液注入封装处理后的光阳极与对电极之间，即得得石墨烯染料敏化太阳能电池。
实施例2
一种太阳能石墨烯电池由透明导电玻璃基片、多孔石墨烯复合薄膜及染料敏化剂制备的光阳极，电解质溶液，和由透明导电玻璃基体、复合催化层和多孔碳膜制备的对电极以及将其密封固定的薄膜壳体组成，所述光阳极由多孔石墨烯复合薄膜涂覆于透明导电玻璃基片表面，染料敏化剂则牢固附着于多孔石墨烯复合薄膜上制备而成；所述的对电极是将碳浆料涂覆于透明导电玻璃基片表面形成多孔碳膜，复合催化剂涂覆于多孔碳膜形成复合催化层制备而成，而电解质溶液则置于染料敏化剂与复合催化层之间并通过薄膜式壳体将整个电池密封固定成一体；所述的透明导电玻璃基片为FTO。
进一步，所述的太阳能石墨烯电池的生产方法，包括以下步骤：
①将石墨烯研碎和水混合，配制成1mg/ml悬浮液，超声处理1.5h然后在悬浮液中加入异佛尔酮二异氰酸酯混合均匀，继续超声分散30min后将混合悬浮液置于反应罐中恒定温度90℃反应24h，再加入水合肼继续反应30min,同时反应罐中除去氧气通入氮气，待反应后用氨水调pH至10，控制离心机转速为3000r/min，离心处理10min,弃去上清液，得改性石墨烯；
②将步骤①制备的改性石墨烯溶于水，超声处理至其完全溶解，再加入纳米陶瓷复合浆料，超声分散15min,然后均匀涂覆于FTO透明导电玻璃基体表面,放置在温度为50℃的环境中40h,依次用去离子水、乙醇清洗并置于真空炉内焙烧,控制温度250℃，压力10KPa下处理3小时，并且通入氦气，待焙烧后在FTO透明导电玻璃基体表面形成多孔石墨烯复合薄膜；所述的纳米陶瓷复合浆料制备方法：在真空搅拌机中按重量比1.5:1:1:7的比例加入纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化硅、纳米陶瓷混合，再加入总重量1.1倍的N-甲基吡咯烷酮混合搅拌速搅拌30min，抽真空，当真空度达到0.01MPa时，再持续抽3min，在真空状态下继续高速搅拌2h，即得纳米陶瓷复合浆料；
③将步骤②制备完成的敷设有多孔石墨烯复合薄膜FTO透明导电玻璃基片置于5×10-4mol/L的染料敏化剂中，染色的同时控制微波频率2000MHZ，功率300w微波处理3h后，然后再进行250℃的烧结，得到光阳极；所述的染料敏化剂是将西番莲色素粉末、金莲花色素粉末、玫瑰茄色素粉末、绿茶色素粉末按照重量比1:1:1:1比例混合，再加入乙醇直至色素粉末完全溶解,调PH值为6，即得染料敏化剂；
④将步骤①制备的改性石墨烯、聚吡咯、按质量比5:1混合,再加入总质量1.5％的硅烷偶联剂KH-540以及总质量1.5％的纳米纤维素混和均匀，至于磁力搅拌器中，搅拌10min,然后边搅拌边加入混合质量0.5％N-甲基-2-吡咯烷酮和混合质量0.1％氟丙烯酸酯，添加完毕后，继续搅拌20min，得碳浆料；
⑤将FTO透明导电玻璃基片都先在热水中进行漂洗，然后在浓度为75％的乙醇中漂洗，然后60℃热风干燥至表面无水珠，将碳浆料均匀旋涂于FTO透明导电玻璃基片，控制转速1000r/min,涂覆时间控制在30s,再将涂覆了胶体的FTO透明导电玻璃基片在50℃真空干燥，在FTO透明导电玻璃基片表面形成多孔碳膜；
⑥将复合催化剂均匀涂覆于多孔碳膜的表面形成复合催化层，然后将带有多孔碳膜、复合催化层的FTO透明导电玻璃基片，放置在温度为60℃的环境中干燥40h,得对电极；所述的复合催化剂是将步骤①制备的改性石墨烯和富勒烯C60按重量比1:2比例混合再加入总质量60％浓度为0.02g/mL－1的氯铂酸混合超声处理20min，再加入改性石墨烯质量5％的碳化钴钼和总质量1.2倍的的异丙醇超声处理10min,即得；
⑦将光阳极和对电极按常规方法用热封薄膜、经热压机热压密封装配成一体，将电解质溶液注入封装处理后的光阳极与对电极之间，即得得石墨烯染料敏化太阳能电池。
实施例3
一种太阳能石墨烯电池由透明导电玻璃基片、多孔石墨烯复合薄膜及染料敏化剂制备的光阳极，电解质溶液，和由透明导电玻璃基体、复合催化层和多孔碳膜制备的对电极以及将其密封固定的薄膜壳体组成，所述光阳极由多孔石墨烯复合薄膜涂覆于透明导电玻璃基片表面，染料敏化剂则牢固附着于多孔石墨烯复合薄膜上制备而成；所述的对电极是将碳浆料涂覆于透明导电玻璃基片表面形成多孔碳膜，复合催化剂涂覆于多孔碳膜形成复合催化层制备而成，而电解质溶液则置于染料敏化剂与复合催化层之间并通过薄膜式壳体将整个电池密封固定成一体；所述的透明导电玻璃基片为FTO。
进一步，所述的太阳能石墨烯电池的生产方法，包括以下步骤：
①将石墨烯研碎和水混合，配制成1mg/ml悬浮液，超声处理1.2h然后在悬浮液中加入异佛尔酮二异氰酸酯混合均匀，继续超声分散30min后将混合悬浮液置于反应罐中恒定温度90℃反应24h，再加入水合肼继续反应30min,同时反应罐中除去氧气通入氮气，待反应后用氨水调pH至9.5，控制离心机转速为2500r/min，离心处理10min,弃去上清液，得改性石墨烯；
②将步骤①制备的改性石墨烯溶于水，超声处理至其完全溶解，再加入纳米陶瓷复合浆料，超声分散15min,然后均匀涂覆于FTO透明导电玻璃基体表面,放置在温度为45℃的环境中35h,依次用去离子水、乙醇清洗并置于真空炉内焙烧,控制温度250℃，压力9KPa下处理2.5小时，并且通入氦气，待焙烧后在FTO透明导电玻璃基体表面形成多孔石墨烯复合薄膜；所述的纳米陶瓷复合浆料制备方法：在真空搅拌机中按重量比1.5:1:1:7的比例加入纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米氧化硅、纳米陶瓷混合，再加入总重量1.1倍的N-甲基吡咯烷酮混合搅拌速搅拌30min，抽真空，当真空度达到0.01MPa时，再持续抽3min，在真空状态下继续高速搅拌2h，即得纳米陶瓷复合浆料；
③将步骤②制备完成的敷设有多孔石墨烯复合薄膜FTO透明导电玻璃基片置于3×10-4mol/L的染料敏化剂中，染色的同时控制微波频率1500MHZ，功率200-300w微波处理2.5h后，然后再进行250℃的烧结，得到光阳极；所述的染料敏化剂是将西番莲色素粉末、金莲花色素粉末、玫瑰茄色素粉末、绿茶色素粉末按照重量比1:1:1:1比例混合，再加入乙醇直至色素粉末完全溶解,调PH值为5.5，即得染料敏化剂；
④将步骤①制备的改性石墨烯、聚吡咯、按质量比5:1混合,再加入总质量1.5％的硅烷偶联剂KH-540以及总质量1.5％的纳米纤维素混和均匀，至于磁力搅拌器中，搅拌10min,然后边搅拌边加入混合质量0.5％N-甲基-2-吡咯烷酮和混合质量0.1％氟丙烯酸酯，添加完毕后，继续搅拌20min，得碳浆料；
⑤将FTO透明导电玻璃基片都先在热水中进行漂洗，然后在浓度为75％的乙醇中漂洗，然后55℃热风干燥至表面无水珠，将碳浆料均匀旋涂于FTO透明导电玻璃基片，控制转速1000r/min,涂覆时间控制在30s,再将涂覆了胶体的FTO透明导电玻璃基片在50℃真空干燥，在FTO透明导电玻璃基片表面形成多孔碳膜；
⑥将复合催化剂均匀涂覆于多孔碳膜的表面形成复合催化层，然后将带有多孔碳膜、复合催化层的FTO透明导电玻璃基片，放置在温度为55℃的环境中干燥35h,得对电极；所述的复合催化剂是将步骤①制备的改性石墨烯和富勒烯C60按重量比1:2比例混合再加入总质量55％浓度为0.02g/mL－1的氯铂酸混合超声处理18min，再加入改性石墨烯质量5％的碳化钴钼和总质量1.2倍的的异丙醇超声处理10min,即得；
⑦将光阳极和对电极按常规方法用热封薄膜、经热压机热压密封装配成一体，将电解质溶液注入封装处理后的光阳极与对电极之间，即得得石墨烯染料敏化太阳能电池。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
试验例1
将专利申请号为2016109543483制备的染料敏化电池(对照)和本发明实施例1-3制备太阳能电池性能进行测试，其测试结果如表1所示。
表1
转换效率％ 填充因子 V<sub>OC</sub>(V) J<sub>sc</sub>(mA/cm2)
实施例1 11.56％ 0.76 0.65 20.1
实施例2 11.78％ 0.78 0.64 20.3
实施例3 12.11％ 0.83 0.65 20.5
对照例 10.19％ 0.8 0.64 19.6
由表1明显可知，与对照的染料敏化电池相比，本发明制备的太阳能石墨烯电池转换效率提高了1.92％，电池性能明显提升。
试验例2
不同的催化剂对太阳能电池性能的影响见表2
表2
由表2可知，当使用本发明的石墨烯和富勒烯C60复合碳材料，作为太阳能电池电解质溶液的催化剂时，电池的性能较佳，光电转换效率达到了12.1％，比使用金属铂时光电转换效率提高了1.1％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种太阳能石墨烯电池，由透明导电玻璃基片、多孔石墨烯复合薄膜及染料敏化剂制备的光阳极，电解质溶液，和由透明导电玻璃基体、复合催化层和多孔碳膜制备的对电极以及将其密封固定的薄膜壳体组成，所述光阳极由多孔石墨烯复合薄膜涂覆于透明导电玻璃基片表面，染料敏化剂则牢固附着于多孔石墨烯复合薄膜上制备而成；所述的对电极是将碳浆料涂覆于透明导电玻璃基片表面形成多孔碳膜，复合催化剂涂覆于多孔碳膜形成复合催化层制备而成，而电解质溶液则置于染料敏化剂与复合催化层之间并通过薄膜式壳体将整个电池密封固定成一体；所述的透明导电玻璃基片为FTO；其特征在于，由以下步骤制得：
①将石墨烯研碎和水混合，配制成1mg/ml悬浮液，超声处理1-1.5h然后在悬浮液中加入异佛尔酮二异氰酸酯混合均匀，继续超声分散30min后将混合悬浮液置于反应罐中恒定温度90℃反应24h，再加入水合肼继续反应30min,同时反应罐中除去氧气通入氮气，待反应后用氨水调pH至9-10，控制离心机转速为2000-3000r/min，离心处理10min,弃去上清液，得改性石墨烯；
②将步骤①制备的改性石墨烯溶于水，超声处理至其完全溶解，再加入纳米陶瓷复合浆料，超声分散15min,然后均匀涂覆于FTO透明导电玻璃基体表面,放置在温度为40-50℃的环境中30-40h,依次用去离子水、乙醇清洗并置于真空炉内焙烧,控制温度250℃，压力8-10KPa下处理2-3小时，并且通入氦气，待焙烧后在FTO透明导电玻璃基体表面形成多孔石墨烯复合薄膜；
③：将步骤②制备完成的敷设有多孔石墨烯复合薄膜FTO透明导电玻璃基片置于1×10-4-5×10-4mol/L的染料敏化剂中，染色的同时控制微波频率1000-2000MHZ，功率200-300w微波处理2-3h后，然后再进行250℃的烧结，得到光阳极；
④将步骤①制备的改性石墨烯、聚吡咯、按质量比5:1混合,再加入总质量1.5％的硅烷偶联剂KH-540以及总质量1.5％的纳米纤维素混和均匀，置于磁力搅拌器中，搅拌10min,然后边搅拌边加入混合质量0.5％N-甲基-2-吡咯烷酮和混合质量0.1％氟丙烯酸酯，添加完毕后，继续搅拌20min，得碳浆料；
⑤将FTO透明导电玻璃基片都先在热水中进行漂洗，然后在浓度为75％的乙醇中漂洗，然后50-60℃热风干燥至表面无水珠，将碳浆料均匀旋涂于FTO透明导电玻璃基片，控制转速1000r/min,涂覆时间控制在30s,再将涂覆了胶体的FTO透明导电玻璃基片在50℃真空干燥，在FTO透明导电玻璃基片表面形成多孔碳膜；
⑥将复合催化剂均匀涂覆于多孔碳膜的表面形成复合催化层，然后将带有多孔碳膜、复合催化层的FTO透明导电玻璃基片，放置在温度为50-60℃的环境中干燥30-40h,得对电极；
⑦将光阳极和对电极按常规方法用热封薄膜、经热压机热压密封装配成一体，将电解质溶液注入封装处理后的光阳极与对电极之间，即得太阳能石墨烯电池。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能石墨烯电池，其特征在于，所述的染料敏化剂是将西番莲色素粉末、金莲花色素粉末、玫瑰茄色素粉末和绿茶色素粉末按照重量比1:1:1:1比例混合，再加入乙醇直至色素粉末完全溶解,调Ph值为5-6，即得染料敏化剂。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能石墨烯电池，其特征在于，所述的复合催化剂是将步骤①制备的改性石墨烯和勒烯C60按重量比1:2比例混合再加入总质量50-60％浓度为0.02g/ml的氯铂酸混合超声处理15-20min，再加入改性石墨烯质量5％的碳化钴钼和总质量1.2倍的异丙醇超声处理10min,即得。
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