TiO2—x/石墨烯復合材料在DSSC中的制備

汪鑫

摘要：本文主要介紹了TiO2-x/石墨烯復合材料的在太陽能電池對電極中的制備方法介紹了溶膠凝膠法、刮涂法和噴涂法制備TiO2-x/石墨烯復合材料；并簡單介紹表征方法。

關鍵字：TiO2-x/石墨烯；溶膠凝膠；刮涂法；噴涂法

染料敏化太陽能電池（DSSC）是一種新型的薄膜太陽能電池，以其簡單的制作工藝、低廉的成本、較高的光電轉化率以及良好的應用前景而備受關注。而黑色二氧化鈦及其復合物在DSSC材料這方面的應用還鮮有報導。本文利用簡單的溶膠凝膠法、刮涂法及噴涂法制備出黑色TiO2-x以及黑色TiO2-x/石墨烯復合材料[1]。

1.溶膠凝膠法制備黑色TiO2-x材料

A液：量取鈦酸丁酯14ml、尿素1g、無水乙醇20ml混合均勻；

B液：量取鹽酸1ml、去離子水5ml、無水乙醇10ml混合均勻

將A液放置于磁力攪拌器上，將B液緩慢逐滴加入A液中，待磁子不再轉動時停止。將得到的凝膠放于烘箱中80℃恒溫6h形成淡黃色物質，自然降溫后再于N2環境中，溫度500℃下恒溫1h，即可得到黑色TiO2-x。

2.電池的組裝

2.1黑色TiO2-x與石墨烯混合摻雜

第一組試驗：分別稱取0mg、1.65mg、16.53mg、33.23mg、173.16mg石墨烯粉體（即與黑色TiO2-x摻雜量比分別為0%、0.05%、0.5%、1%、5%），

第二組試驗：分別稱取0mg、0.66mg、1.65mg、3.29mg、16.53mg石墨烯粉體（即與黑色TiO2-x摻雜量比分別為0%、0.02%、0.05%、0.1%、0.5%）

將其摻加入上述溶膠凝膠法中的A液里，通過溶膠凝膠制得產物。將得到的凝膠放于烘箱中80℃恒溫6h形成黑色物質，自然降溫后再于N2環境中，溫度500℃下恒溫1h，即可得到混合產物。

2.2 FTO導電玻璃的清洗

將100×100 mm的導電玻璃切割成20×100 mm導電玻璃

a.用洗潔精加水清洗

b.稀釋的洗潔精水溶液超洗15 min

c.用清水清洗

d.用清水超洗15 min

e.用去離子水沖洗

f.用去離子水超洗15 min

g.用無水乙醇超洗15 min

h.用分析乙醇沖洗后用風機在空氣中吹干

3.刮涂法制備黑色TiO2-x+石墨烯對電極

（1）漿料的制備：取2 g黑色TiO2-x與石墨烯的復合產物，加入0.5ml CH3COOH（稀釋250倍）、1.0 ml 蒸餾水、6 ml無水乙醇乙醇，移至100 ml的燒杯中，再加入50 ml無水乙醇，放置在磁力攪拌器上攪拌1min，超聲2min，再磁力攪拌1 min，之后加入6g松油醇，重復攪拌、超聲、攪拌三步。最后再加入10%wt乙基纖維素的無水乙醇溶液1.000g，加熱70-80℃使無水乙醇揮發[2]。

（2）刮涂漿料：用膠帶分別將清洗干凈的20 mm×60 mm導電玻璃兩邊貼上，中間只留8 mm寬的噴涂帶。

4.噴涂法制備黑色TiO2-x+石墨烯對電極

分別稱取80 mg上述溶膠凝-膠法得到的復合物粉末，與2g鋯珠和5ml無水乙醇混合，放入密封的瓶中球磨24 h，最后得到充分分散的TiO2-x/石墨烯復合物的無水乙醇溶液。用膠帶分別將清洗干凈的20 mm×60 mm導電玻璃兩邊貼上，中間只留8 mm寬的噴涂帶。將得到的TiO2-x/石墨烯復合物的無水乙醇溶液用乙醇超聲清洗過的噴槍分別噴涂于兩塊導電玻璃上，自然風干。將噴涂有TiO2的導電玻璃平放入瓷舟，放入馬弗爐中，向管式爐中通入氮氣作為載氣，將載有導電玻璃放入管中，設定程序，50 min升至500℃，恒溫燒結2 h，自然降溫。通過切割保證在每塊導電玻璃上有8×8 mm的黑色TiO2-x的活性面積，即為對電極。

5.表征方法及其測試手段

（1）用X-射線粉末衍射對材料的結構特性進行表征（X-ray powder diffractometer，D/Max 2400，RIGAKU，Japan）；

（2）用掃描電鏡（scanning electron microcopy，SEM，S-4800，FEI，Hitachi）和透射電鏡（transmission electron microcopy，TEM，Tecni G2 Spirit）獲取材料的形貌信息；

（3）用電化學工作站進行循環伏安掃描（Cyclic voltammetry，Pt絲為輔助電極，I-/I3-為參比電極，電解液為含有0.1 M碘化鋰、0.01 M碘和0.1 M高氯酸鋰的乙腈溶液）；

（4）用電化學阻抗（electrochemical impedance spectroscopy，EIS）測試儀電化學阻抗參數（Zennium Zahner，Germany，頻率范圍是100 m～1 MHz，AC振幅為10 mV，偏壓為-0.75 V）。

參考文獻：

[1]林嘉鵬，張海燕等.碳納米復合對電極染料敏化太陽能電池的電化學性能[J].中國有色金屬學報，1004—1056.

[2]劉東平，王麗梅等.材料分析技術[M].北京：科學出版社，2010，210-215.endprint