TiO2—x/石墨烯复合材料在DSSC中的制备

汪鑫

摘要：本文主要介绍了TiO2-x/石墨烯复合材料的在太阳能电池对电极中的制备方法介绍了溶胶凝胶法、刮涂法和喷涂法制备TiO2-x/石墨烯复合材料；并简单介绍表征方法。

关键字：TiO2-x/石墨烯；溶胶凝胶；刮涂法；喷涂法

染料敏化太阳能电池（DSSC）是一种新型的薄膜太阳能电池，以其简单的制作工艺、低廉的成本、較高的光电转化率以及良好的应用前景而备受关注。而黑色二氧化钛及其复合物在DSSC材料这方面的应用还鲜有报导。本文利用简单的溶胶凝胶法、刮涂法及喷涂法制备出黑色TiO2-x以及黑色TiO2-x/石墨烯复合材料[1]。

1.溶胶凝胶法制备黑色TiO2-x材料

A液：量取钛酸丁酯14ml、尿素1g、无水乙醇20ml混合均匀；

B液：量取盐酸1ml、去离子水5ml、无水乙醇10ml混合均匀

将A液放置于磁力搅拌器上，将B液缓慢逐滴加入A液中，待磁子不再转动时停止。将得到的凝胶放于烘箱中80℃恒温6h形成淡黄色物质，自然降温后再于N2环境中，温度500℃下恒温1h，即可得到黑色TiO2-x。

2.电池的组装

2.1黑色TiO2-x与石墨烯混合掺杂

第一组试验：分别称取0mg、1.65mg、16.53mg、33.23mg、173.16mg石墨烯粉体（即与黑色TiO2-x掺杂量比分别为0%、0.05%、0.5%、1%、5%），

第二组试验：分别称取0mg、0.66mg、1.65mg、3.29mg、16.53mg石墨烯粉体（即与黑色TiO2-x掺杂量比分别为0%、0.02%、0.05%、0.1%、0.5%）

将其掺加入上述溶胶凝胶法中的A液里，通过溶胶凝胶制得产物。将得到的凝胶放于烘箱中80℃恒温6h形成黑色物质，自然降温后再于N2环境中，温度500℃下恒温1h，即可得到混合产物。

2.2 FTO导电玻璃的清洗

将100×100 mm的导电玻璃切割成20×100 mm导电玻璃

a.用洗洁精加水清洗

b.稀释的洗洁精水溶液超洗15 min

c.用清水清洗

d.用清水超洗15 min

e.用去离子水冲洗

f.用去离子水超洗15 min

g.用无水乙醇超洗15 min

h.用分析乙醇冲洗后用风机在空气中吹干

3.刮涂法制备黑色TiO2-x+石墨烯对电极

（1）浆料的制备：取2 g黑色TiO2-x与石墨烯的复合产物，加入0.5ml CH3COOH（稀释250倍）、1.0 ml 蒸馏水、6 ml无水乙醇乙醇，移至100 ml的烧杯中，再加入50 ml无水乙醇，放置在磁力搅拌器上搅拌1min，超声2min，再磁力搅拌1 min，之后加入6g松油醇，重复搅拌、超声、搅拌三步。最后再加入10%wt乙基纤维素的无水乙醇溶液1.000g，加热70-80℃使无水乙醇挥发[2]。

（2）刮涂浆料：用胶带分别将清洗干净的20 mm×60 mm导电玻璃两边贴上，中间只留8 mm宽的喷涂带。

4.喷涂法制备黑色TiO2-x+石墨烯对电极

分别称取80 mg上述溶胶凝-胶法得到的复合物粉末，与2g锆珠和5ml无水乙醇混合，放入密封的瓶中球磨24 h，最后得到充分分散的TiO2-x/石墨烯复合物的无水乙醇溶液。用胶带分别将清洗干净的20 mm×60 mm导电玻璃两边贴上，中间只留8 mm宽的喷涂带。将得到的TiO2-x/石墨烯复合物的无水乙醇溶液用乙醇超声清洗过的喷枪分别喷涂于两块导电玻璃上，自然风干。将喷涂有TiO2的导电玻璃平放入瓷舟，放入马弗炉中，向管式炉中通入氮气作为载气，将载有导电玻璃放入管中，设定程序，50 min升至500℃，恒温烧结2 h，自然降温。通过切割保证在每块导电玻璃上有8×8 mm的黑色TiO2-x的活性面积，即为对电极。

5.表征方法及其测试手段

（1）用X-射线粉末衍射对材料的结构特性进行表征（X-ray powder diffractometer，D/Max 2400，RIGAKU，Japan）；

（2）用扫描电镜（scanning electron microcopy，SEM，S-4800，FEI，Hitachi）和透射电镜（transmission electron microcopy，TEM，Tecni G2 Spirit）获取材料的形貌信息；

（3）用电化学工作站进行循环伏安扫描（Cyclic voltammetry，Pt丝为辅助电极，I-/I3-为参比电极，电解液为含有0.1 M碘化锂、0.01 M碘和0.1 M高氯酸锂的乙腈溶液）；

（4）用电化学阻抗（electrochemical impedance spectroscopy，EIS）测试仪电化学阻抗参数（Zennium Zahner，Germany，频率范围是100 m～1 MHz，AC振幅为10 mV，偏压为-0.75 V）。

参考文献：

[1]林嘉鹏，张海燕等.碳纳米复合对电极染料敏化太阳能电池的电化学性能[J].中国有色金属学报，1004—1056.

[2]刘东平，王丽梅等.材料分析技术[M].北京：科学出版社，2010，210-215.endprint