一种具有高电荷传输性质的钙钛矿薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有高电荷传输性质的钙钛矿薄膜的制备方法，其包括如下步骤：将功能化石墨烯分散于DMF中，得到功能化石墨烯分散液；将MAI、PbI2、MACl混合后溶于DMSO中，并加入DMF以及所述功能化石墨烯分散液，混匀后得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液旋涂于钙钛矿基片表面后，进行低温退火，得到所述钙钛矿薄膜。本发明专利技术具有如下的有益效果：1、本发明专利技术使用的功能化石墨烯(氨化石墨烯)已经商业化，廉价、易于获取；2、本发明专利技术操作便捷，通过向传统的钙钛矿前驱体溶液中添加少量的氨化石墨烯，一步法即可得到优质钙钛矿薄膜，可以满足规模化工业生产的需求；3、通过本发明专利技术得到的含有氨化石墨烯网络的钙钛矿薄膜组装的大面电池效率提升了近30％，且重现性也得到了较大提高。

Preparation method of Perovskite Thin film with high charge transport property

The invention provides a preparation method of Perovskite Thin film with high charge transfer property, which comprises the following steps: dispersing functionalized graphene in DMF to obtain functionalized graphene dispersion solution; mixing MAI, PbI 2, MACl and dissolving them in DMSO, adding DMF and the functionalized graphene dispersion solution, and mixing them to obtain the functionalized graphene dispersion solution. The precursor solution is rotated on the surface of the perovskite substrate and annealed at low temperature to obtain the perovskite film. The present invention has the following beneficial effects: 1. The functionalized graphene (ammoniated graphene) used in the present invention has been commercialized, cheap and easy to obtain; 2. The present invention is convenient to operate, by adding a small amount of ammoniated graphene to the traditional perovskite precursor solution, high quality perovskite film can be obtained in one step and can be filled up. Full-scale industrial production needs; 3. The efficiency of the large-scale battery assembled by the perovskite film containing graphene ammoniated network obtained by the invention has been increased by nearly 30%, and the reproducibility has been greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种具有高电荷传输性质的钙钛矿薄膜的制备方法
本专利技术涉及一种具有高电荷传输性质的钙钛矿薄膜的制备方法，属于能源和材料

技术介绍
以光伏效应为工作原理的太阳能电池可将太阳能直接转化电能，是解决能源危机最具潜力的科技之一。近年来有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池凭借优异的光电转换性能、合成方法简单、成本低廉等优点成为能源和材料领域前沿研究方向。2013年有机无机杂化钙钛矿太阳能电池更是入选Science杂志评选的十大科技突破之一。随后5年时间里，钙钛矿太阳能电池效率进步迅速认证效率已经高达22.7％。除高效率外，钙钛矿太阳能电池稳定性的测试研究也在以成千上万小时的速度突飞猛进。然而目前这些高效率的钙钛矿太阳能电池其有效面积大都小于0.1cm2。由于钙钛矿薄膜多晶的自然属性，高密度的晶界导致钙钛矿薄膜中存在大量的缺陷，这些缺陷会显著地影响载流子分离与电荷传输，降低电池效率。尤其随着钙钛矿太阳能电池有效面积增加，电池器件的效率的急剧降低。相关论文表明钙钛矿太阳能电池有效面积增加到36cm2时，其电池的光电转换效率仅有12％(Nature，2017，550(7674))。钙钛矿太阳能电池大面积与高效率效率的统一已经成为了钙钛矿太阳能电池商业化进程中最大的障碍。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种通过功能化石墨烯提高大面积钙钛矿电池性能的方法，具体涉及通过向钙钛矿层中原位引入氨基官能团修饰石墨烯。这些氨化石墨烯中的氨基官能团在钙钛矿晶粒生长过程中，成为形核中心、诱导钙钛矿晶粒的形核和长大，最终分布于钙钛矿晶粒之间，在钙钛矿层中形成一个准3D电荷收集网络，使钙钛矿太阳能电池在光电转换效率和重现性方面都获得了良好的结果。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供一种具有高电荷传输性质的钙钛矿薄膜的制备方法，其包括如下步骤：将功能化石墨烯分散于DMF中，得到功能化石墨烯分散液；将碘化甲胺(MAI)、碘化铅、氯化甲胺(MACl)混合后溶于DMSO中，并加入DMF以及所述功能化石墨烯分散液，混匀后得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液旋涂于钙钛矿基片表面后，进行低温退火，得到所述钙钛矿薄膜。作为优选方案，所述功能化石墨烯为氨化石墨烯。作为优选方案，所述氨化石墨烯在功能化石墨烯分散液中的质量浓度为0.05～0.4g/L。作为优选方案，所述前驱体溶液中，MAI、PbI2和MACl的摩尔比为1:1:0.15，DMF与DMSO的体积比为4:1。作为优选方案，所述前驱体溶液中，氨化石墨烯的质量浓度为0.02～0.2g/L。作为优选方案，所述旋涂的转速为3000～6000rpm。作为优选方案，所述旋涂的过程中，滴加300～500uL氯苯。作为优选方案，所述低温退火的温度为90～110℃，时间为10～20min。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本方面使用的功能化石墨烯(氨化石墨烯)已经商业化，廉价、易于获取；2、本专利技术操作便捷，通过向传统的钙钛矿前驱体溶液中添加少量的氨化石墨烯，一步法即可得到优质钙钛矿薄膜，可以满足规模化工业生产的需求；3、通过本专利技术得到的含有氨化石墨烯网络的钙钛矿薄膜组装的大面电池效率提升了近30％，且重现性也得到了较大提高。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术实施例1和对比例1所得的钙钛矿薄膜的XRD图，其中MAPbI3/G-NH2代表钙钛矿层中含有氨化石墨烯的薄膜；图2为实施例1和对比例1所得钙钛矿薄膜的AFM图，显示比例均为500nm；图3为实施例2和对比例2所得大面积钙钛矿太阳能电池的光电转换效率图,中，曲线1为MAPbI3基电池，曲线2为MAPbI3/G-NH2基电池；图4为实施例2和对比例2所得大面积钙钛矿太阳能电池的外量子效率图谱,其中，曲线1为MAPbI3基电池，曲线2为MAPbI3/G-NH2基电池；图5为实施例2和对比例2所得大面积钙钛矿太阳能电池的光电效率分布示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。本专利技术中的钙钛矿基片的制备方法为：用浓盐酸和锌粉蚀刻FTO玻璃后，依次喷涂TiO2致密层和旋涂SnO2平面层，即得。实施例1本实施例涉及一种向前驱体中添加石墨烯分散液，进而通过旋涂得到钙钛矿薄膜的方法，所述方法包括如下步骤：S1、将氨化石墨烯分散于DMF中后，在20～30℃下超声处理1～3h，得到0.1g/L的氨化石墨烯分散液；S2、将MAI、PbI2、MACl按照1:1:0.15的摩尔比混合后，溶于400μL的DMSO中，并加入600μL的DMF以及1mL步骤S1制备的功能化石墨烯分散液，混匀后得到前驱体溶液；S3、将所述氨化石墨烯分散液以5000rpm的转速在钙钛矿基片表面旋涂20s，其中，离旋涂时间结束前17s时滴加400uL氯苯，旋涂结束后在100℃下退火20min，得到钙钛矿薄膜。将步骤S3中形成的钙钛矿薄膜的表面旋涂空穴传输层，在空穴传输层上蒸镀对电极银等，太阳能电池的制作工艺可参看现行文献。图1提供了实施例1的X射线图谱，从中可以发现向钙钛矿层中引入氨化石墨烯能显著改善钙钛矿晶粒的结晶性；图2a提供了实施例1的原子力显微镜照片，照片表明，向钙钛矿前驱体中添加氨化石墨烯后，薄膜表明致密，晶粒明显变大，且钙钛矿晶粒被氨化石墨烯包裹着。表1给出了实施例1的光伏参数，含氨化石墨烯钙钛矿薄膜制备的太阳能电池的短路电流(Jsc)与填充因子(FF)都有明显的提高，其光电转换效率为20.4％，这一结果比较可观。实施例2本实施例方法同实施例1，区别在于电池的有效面积从0.1cm2增加到1cm2，根据图3可以看出，其含有氨化石墨烯的钙钛矿电池效率依然高达18.7％。从图4可以看出，氨化石墨烯的加入明显改善了其电池的外量子效率，在500～600nm波长范围内，含氨化石墨烯的钙钛矿电池的外量子效率高达92％。图5表明，添加氨化石墨烯不仅改善了电池的电荷收集效率，提高了其光电转换效率，更改善了其重现性。含有氨化石墨烯的电池明显具有更好的重现性。对比例1本对比例方法同实施例1，区别在于前驱体溶液中不含有氨化石墨烯。根据表1可以发现，所得钙钛矿电池效率都有所降低。图2b提供了对比例1的原子力显微镜照片，照片表明，未添加氨化石墨烯的钙钛矿薄膜的晶粒明显不均匀，与添加氨化石墨烯的钙钛矿薄膜相比，其表面也更粗糙。对比例2本对比例方法同对比例1，区别在于电池的有效面积从0.1cm2增加到1cm2。根据图3、图4、图5可以发现，所得钙钛矿电池电荷收集效率、光电转换效率都有所降低，随着电池面积增加到1cm2，效率下降高达近30％，重现性也明显下降。表1以上对本专利技术的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本专利技术并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本专利技术的实质内容。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高电荷传输性质的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将功能化石墨烯分散于DMF中，得到功能化石墨烯分散液；将碘化甲胺、碘化铅、氯化甲胺混合后溶于DMSO中，并加入DMF以及所述功能化石墨烯分散液，混匀后得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液旋涂于钙钛矿基片表面后，进行低温退火，得到所述钙钛矿薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种具有高电荷传输性质的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将功能化石墨烯分散于DMF中，得到功能化石墨烯分散液；将碘化甲胺、碘化铅、氯化甲胺混合后溶于DMSO中，并加入DMF以及所述功能化石墨烯分散液，混匀后得到前驱体溶液；将所述前驱体溶液旋涂于钙钛矿基片表面后，进行低温退火，得到所述钙钛矿薄膜。2.如权利要求1所述的具有高电荷传输性质的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述功能化石墨烯为氨化石墨烯。3.如权利要求2所述的具有高电荷传输性质的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述氨化石墨烯在功能化石墨烯分散液中的质量浓度为0.05～0.4g/L。4.如权利要求1所述的具有高电荷传输性质的钙钛矿薄膜的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵一新，钱旭芳，王勇，张太阳，阚淼，李亦回，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31