复合光电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合光电池的制备方法，本发明专利技术中，首次以电泳沉积法在FTO导电玻璃制备有序CuO‑rGO(氧化铜‑石墨烯)纳米膜，然后以此为载体，通过控制Cu2(OH)2CO3胶体的水解速率调控CuO纳米粒子在导电玻璃的自组装过程，实现对CuO薄膜中分等级多孔结构的有效控制并将其应用于太阳能光电池。同时使用上表面有网格状沟槽结构的导电玻璃制备的太阳能光电池可保证光电池相同光电转换效率同时，降低铂对电极磨损。本发明专利技术复合光电池具有分等级多孔结构，可以增加光的路径，提高光的捕获效率和增强太阳能光电池的使用寿命。

Preparation of Composite Photovoltaic Cells

The invention discloses a preparation method of a composite photocell. In the invention, an ordered CuO rGO (cupric oxide graphene) nanofilm is prepared by electrophoretic deposition in FTO conductive glass for the first time, and then used as a carrier to control the self-assembly process of CuO nanoparticles in conductive glass by controlling the hydrolysis rate of Cu2 (OH) 2CO3 colloid, so as to effectively control the hierarchical porous structure of CuO film. The system was fabricated and applied to solar photovoltaic cells. At the same time, solar photovoltaic cells made of conductive glass with grid grooves on the upper surface can ensure the same photoelectric conversion efficiency and reduce the wear of platinum on the electrodes. The composite photovoltaic cell of the invention has a hierarchical porous structure, which can increase the path of light, improve the capture efficiency of light and enhance the service life of the solar photovoltaic cell.

【技术实现步骤摘要】
复合光电池的制备方法
本专利技术属于光电子领域，更具体涉及一种CuO-rGO复合光电池的制备方法。
技术介绍
世界经济的快速发展，使得石油，煤炭等传统能源加剧消耗，世界面临严重的能源危机，寻求新的替代能源已经迫在眉睫。太阳能作为一种无污染、洁净的可再生能源日益受到了人们的关注寻找一种高效的太阳能光电池也成为了科学家研究的一个热点。目前，硅系太阳能光电池的应用是最为广泛的而且他的技术比较成熟。传统的制备太阳能光电池的方法一般是采用尺寸为10-20nm的纳米颗粒在导电玻璃基体上制备膜厚为10-12m的多孔膜。10-20nm远远小于可见光的波长，因此，所制备的几乎透明的薄膜的光散射特性很弱。最近，科研工作人员对增强CuO薄膜光电极的光捕获效率进行了的大量研究。常用的方法有：含有不同CuO颗粒大小的多层薄膜，含有CuO纳米粒子与中空球的双层薄膜，CuO纳米线或纳米管的双层薄膜，石墨烯与CuO复合薄膜和各种不同形貌纳米结构的CuO薄膜(如纳米线、纳米管和纳米纤维等)。纳米CuO的微观结构(如粒径、气孔率等)对电池的性能也有非常明显的影响。若CuO的粒径太大，吸附的染料分子就会大大减少，从而减少光的利用率，而且电解质很容易直接与导电玻璃基体接触，导致电荷的复合形成暗电流；若粒径太小，光就会直接穿透过去，染料无法充分吸收光子，而且小粒子之间的界面太多，晶界势垒会大大阻碍电子的传递，同样是不利于光电转换的。因此，纳米CuO薄膜弱的光散射特性和暗电流影响这两个因素阻碍了光电池的光电效率进一步的提高。目前效率只能达到12％左右。众所周知，分等级多孔结构不仅可以对光进行多次反射和折射，而且可以吸附更多的染料。目前还没有关于用水解四氟化铜在导电玻璃表面自组装沉积生长制备分等级多孔CuO-rGO光阳极的报道。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决上述问题，并提供后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种CuO-rGO(氧化铜-石墨烯)复合光电池的制备方法。本专利技术中，以电泳沉积法在FTO导电玻璃制备有序CuO-rGO纳米膜，然后以此为载体，通过控制Cu2(OH)2CO3的水解速率调控CuO纳米粒子在导电玻璃的自组装过程，实现对CuO薄膜中分等级多孔结构的有效控制并将其应用于太阳能光电池。导电玻璃上沉积的有序氧化铜纳米管薄膜不仅能防止电解质与导电玻璃的接触，而且为后续的多孔结构的CuO生长提供活性位点。同时，还运用了上表面有网格状沟槽结构的导电玻璃，制备出具有相同沟槽结构的敏化CuO-rGO薄膜，其可保证光电池具有相同光电转换效率同时，降低铂对电极磨损，从而增强太阳能光电池的使用寿命。本专利技术提供一种基于CuO-rGO复合材料的光电池的制备方法，其制备方法包括：步骤一：电泳沉积法制备CuO-rGO纳米膜A)用清水冲洗掺杂SnO2的导电玻璃(FTO玻璃，7Ω/m2)用以除去表层的可见颗粒；再分别浸渍在蒸馏水、丙酮、无水乙醇里以此分别超声清洗25-35分钟，自然干燥后放入干燥器中待用；B)以重量份数计，将0.5-1.5重量份的粉末状CuO-rGO材料分散在由45-50重量份乙醇和130-150重量份蒸馏水的混合溶液中，超声分散约35-45分钟形成悬浮液，用氨水调节所述悬浮液形成电泳液；C)将清洗干净的导电玻璃为阳极，银电极为阴极平行竖直插入电泳液中，两电极间的距离保持在3-5cm，在电压14.5-15.5V下通电10分钟，取出导电玻璃样品，用去离子水冲洗，自然干燥，得到CuO-rGO纳米膜；步骤二：制备分等级多孔CuO-rGO薄膜A)在搅拌的条件下将10-20重量份的Cu(NO3)2溶液逐滴滴入10-20重量份的Na2CO3溶液中，生成蓝绿色胶体，将所述胶体溶液取55-65重量份加入到容器中；B)把所述CuO-rGO纳米膜面朝上放入所述容器底部密封后放入烘箱内并在55-65℃条件下保温12小时；C)C)从所述塑料杯中取出导电玻璃进行洗涤干燥，在马弗炉中540-560℃条件下煅烧2小时，得到多孔结构CuO-rGO薄膜；步骤三：CuO-rGO复合光电池的组装A)将制备的分等级多孔CuO-rGO薄膜迅速浸泡于N719染料的乙醇溶液中，室温密封避光24小时以上使N719染料充分吸附到多孔氧化铜光阳极表面；其中，敏化程度通过比较膜表面和底面的颜色来确定，两者颜色一致时完成敏化；B)敏化后的CuO-rGO薄膜用乙醇冲洗2次，在55-65℃条件下干燥2小时；C)通过将铂对电极覆盖在敏化CuO-rGO薄膜上，两电极之间形成一个40-60μm的空腔，完成一个三明治型电池的组装。较佳地，上述步骤一电泳沉积法制备CuO-rGO纳米膜中导电玻璃上表面有网格状沟槽结构，沟槽深度不超过0.5mm，相邻网格间距为2-4mm，CuO-rGO纳米膜沉积厚度不超过20μm。导电玻璃上表面沟槽深度大于0.5mm，相邻网格间距为小于2mm时，使用电泳法很难将CuO-rGO纳米膜沉积在沟槽内，这会使得最终制备的敏化CuO-rGO薄膜分布不均，可能造成光电池的短路；更佳地，沟槽深度不超过0.4mm，相邻网格间距为3-4mm。此外，CuO-rGO纳米膜沉积厚度不宜超过20μm，否则沟槽内纳米膜难以继续沉积多孔CuO从而制备多孔CuO-rGO薄膜，更佳地，CuO-rGO纳米膜沉积厚度不超过15μm。本专利技术中，所使用的导电玻璃上表面有网格状沟槽，可使得沉积在其表面的CuO-rGO纳米膜具有相应沟槽结构，同时其后制备相应的敏化CuO-rGO薄膜也具有相应结构，这种沟槽结构可有助于电解液的流动，增强电解液与敏化CuO-rGO薄膜的接触面积，提高光电转换效率。同样，沟槽结构可以降低铂对电极与敏化CuO-rGO薄膜接触面积，从而在最大接触范围内降低光电池最大充放电的电容及电子迁移量，即在保证光电池相同光电转换效率同时，降低铂对电极磨损，从而增强太阳能光电池的使用寿命。较佳地，上述步骤一电泳沉积法制备CuO-rGO纳米膜B)中用氨水调节上述悬浮液的pH到8.5-9.5形成均一稳定的电泳液；其中，由于铜纳米管的表面等电点据报道低于5.5，因此铜纳米管在pH为9.0左右的条件下表面带负电荷，在外加电场的作用下将向阳极移动。较佳地，上述步骤二制备分等级多孔CuO-rGO薄膜A)中Cu(NO3)2溶液的浓度为0.02-0.1mol/L，Na2CO3溶液的浓度为0.02-0.1mol/L。较佳地，N719染料的乙醇溶液为0.5mmol/L，由于上述溶液极易吸水受潮失效，因此在配制过程中，应严格控制，避免染料与水接触。称取一定量的N719染料溶解在无水乙醇中，为了避免染料溶解不充分，将溶液转移至棕色广口瓶，将瓶口密封后，室温下磁力搅拌12小时，充分溶解染料即得所需浓度染料溶液。N719溶液配制好后，必须密封避光保存。较佳地，本专利技术中多孔结构CuO-rGO为球形簇状结构，直径为2-10μm。较佳地，本专利技术中敏化后的CuO-rGO薄膜面积为8mm×8mm，稍微错开，用夹子将两电极夹紧。较佳地，本专利技术中测试时将电解质注入到所组装电池的电极边缘，电解质在毛细管力的作用下很快渗入两电极之间并均匀铺展开。较佳地，电解质溶液为含有1.0M的1-丙基-3-甲基咪唑碘盐(PMIMI，苏州中胜化学试剂有限公司)，0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合光电池的制备方法，其包括：步骤一：电泳沉积法制备CuO‑rGO纳米膜A)用清水冲洗掺杂SnO2的导电玻璃用以除去表层的可见颗粒，再分别浸渍在蒸馏水、丙酮、无水乙醇里，分别超声清洗25‑35分钟，自然干燥后放入干燥器中；B)以重量份数计，将0.5‑1.5重量份的粉末状CuO‑rGO材料分散在由45‑50重量份的乙醇和130‑150重量份蒸馏水混合后的混合溶液中，超声分散35‑45分钟形成悬浮液，用氨水调节所述悬浮液形成电泳液；C)将所述导电玻璃为阳极，银电极为阴极平行竖直插入所述电泳液中，两电极间的距离保持为3‑5cm，在电压14.5‑15.5V下通电10分钟，取出导电玻璃样品，用去离子水冲洗，自然干燥，得到CuO‑rGO纳米膜；步骤二：制备多孔CuO‑rGO薄膜A)在搅拌的条件下将10‑20重量份的Cu(NO3)2溶液逐滴滴入10‑20重量份的Na2CO3溶液中，生成蓝绿色胶体，将所述胶体溶液取55‑65重量份加入到容器中；B)把所述CuO‑rGO纳米膜面朝上放入所述容器底部密封后放入烘箱内并在55‑65℃条件下保温12小时；C)从所述塑料杯中取出导电玻璃进行洗涤干燥，在马弗炉中540‑560℃条件下煅烧2小时，得到多孔结构CuO‑rGO薄膜；步骤三：CuO‑rGO复合光电池的组装A)将所述多孔CuO‑rGO薄膜迅速浸泡于N719染料的乙醇溶液中，室温密封避光24小时，得到敏化后的CuO‑rGO薄膜；B)将所述敏化后的CuO‑rGO薄膜用乙醇冲洗2次，在55‑65℃条件下干燥2小时；C)将铂对电极覆盖在所述敏化CuO‑rGO薄膜上，得到CuO‑rGO复合光电池。...

【技术特征摘要】
1.一种复合光电池的制备方法，其包括：步骤一：电泳沉积法制备CuO-rGO纳米膜A)用清水冲洗掺杂SnO2的导电玻璃用以除去表层的可见颗粒，再分别浸渍在蒸馏水、丙酮、无水乙醇里，分别超声清洗25-35分钟，自然干燥后放入干燥器中；B)以重量份数计，将0.5-1.5重量份的粉末状CuO-rGO材料分散在由45-50重量份的乙醇和130-150重量份蒸馏水混合后的混合溶液中，超声分散35-45分钟形成悬浮液，用氨水调节所述悬浮液形成电泳液；C)将所述导电玻璃为阳极，银电极为阴极平行竖直插入所述电泳液中，两电极间的距离保持为3-5cm，在电压14.5-15.5V下通电10分钟，取出导电玻璃样品，用去离子水冲洗，自然干燥，得到CuO-rGO纳米膜；步骤二：制备多孔CuO-rGO薄膜A)在搅拌的条件下将10-20重量份的Cu(NO3)2溶液逐滴滴入10-20重量份的Na2CO3溶液中，生成蓝绿色胶体，将所述胶体溶液取55-65重量份加入到容器中；B)把所述CuO-rGO纳米膜面朝上放入所述容器底部密封后放入烘箱内并在55-65℃条件下保温12小时；C)从所述塑料杯中取出导电玻璃进行洗涤干燥，在马弗炉中540-560℃条件下煅烧2小时，得到多孔结构CuO-rGO薄膜；步骤三：CuO-rGO复合光电池的组装A)将所述多孔CuO-rGO薄膜迅速浸泡于N719染料的乙醇溶液中，室温密封避光24小时，得到敏化后的CuO-rGO薄膜；B)将所述敏化后的CuO-rGO薄膜用乙醇冲洗2次，在55-65℃条件下干燥2小时；C)将铂对电极覆盖在所述敏化CuO-rGO薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：李波，
申请(专利权)人：李波，
类型：发明
国别省市：河北,13