石墨烯量子点修饰的介孔二氧化钛薄膜材料的制备及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯量子点修饰的介孔二氧化钛薄膜材料的制备及其应用，属于光电材料技术领域。首先制备石墨烯量子点溶液，将得到的石墨烯量子点溶液在沉积有介孔TiO2电子传输层的导电玻璃基底上浸润，紧接着旋涂溶液，最后退火后制得石墨烯量子点修饰的介孔二氧化钛薄膜材料，可用于钙钛矿太阳能电池的电子传输层。本发明专利技术首次以一种简单的界面修饰方法制备得到石墨烯量子点修饰的介孔二氧化钛薄膜材料，并将其作为钙钛矿太阳能电池的电子传输材料，制备方法简单，薄膜平整，且具有相对较高的太阳能电池光电转换效率等特点，从而扩展了钙钛矿太阳能电池中电子传输材料界面处理方法的选择范围；而且降低了成本，具有有益的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯量子点修饰的介孔二氧化钛薄膜材料的制备及其应用
本专利技术属于光电材料
，具体涉及一种石墨烯量子点修饰的介孔二氧化钛薄膜材料的制备及其应用。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池(PSCs)以其具备有机物的成本低、可溶液制备、易成膜等特点，同时也具备无机物的高吸光系数，高载流子迁移率等优点，电池性能迅速超越染料敏化太阳能电池(DSSCs)以及体异质结太阳能电池(BSCs)，并极有可能接近并超越硅基太阳能电池性能，并在未来的太阳能电池市场中占据一席之地。从目前研究结果来看，通过电池结构的调整，薄膜形貌调控以及界面工程技术等方法，钙钛矿太阳能电池的性能可以得到大幅度的提升。然而，该类型的太阳能电池性能依然远未达到满意的结果。研究发现，电池性能不足的原因主要是由于在接触界面处，载流子抽取的势能壁垒导致的能量散失。因此，在界面处引入碳材料有利于电子的抽离与传输。石墨烯量子点（GQDs）是准零维的纳米材料，其内部电子在各方向上的运动都受到限制，所以量子局限效应特别明显，具有很多独特的性质。作为石墨烯材料的衍生物，在兼顾了石墨烯优良特性的同时，又依靠量子限域效应和边界效应而具备了光致发光等石墨烯所不具备的性质，而且在细胞毒性、生物相容性等方面也有更好的表现；在生物、医学、材料、新型半导体器件等领域具有重要的潜在应用。目前以石墨烯量子点修饰电子传输层界面的简单方法以提升钙钛矿太阳能电池光电流的报道相对较少。本专利技术中，以石墨为前驱体材料，通过硝酸切割制备得到石墨烯量子点，超声分散于乙醇溶剂中得到石墨烯量子点溶液并用来修饰介孔TiO2电子传输层界面；有机-无机杂化(FAPbI3)1-x(MAPbBr3)x为吸光材料组装钙钛矿太阳能电池。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术不足，提供一种石墨烯量子点修饰的介孔二氧化钛薄膜材料的制备及其应用。本专利技术制备方法简单，薄膜平整，且具有相对较高的太阳能电池光电转换效率等特点，从而扩展了钙钛矿太阳能电池中电子传输材料界面处理方法的选择范围；而且降低了成本，具有有益的经济效益。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种石墨烯量子点修饰的介孔二氧化钛薄膜材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将0.3g的石墨填充于SiO2分子筛中，转入高压反应釜中并加入20mL浓硝酸，160℃的烘箱内反应5h；反应结束后，将产物用50mL去离子水洗涤并转入透析袋中，透析7天；最后将透析好的产物分散于乙醇中，制备得到1mg/mL的石墨烯量子点溶液；（2）将步骤（1）得到的石墨烯量子点溶液，在沉积有介孔TiO2电子传输层的导电玻璃基底上浸润10s，紧接着以2000转/分钟的速度旋涂溶液，100℃退火30min后，制得所述石墨烯量子点修饰的介孔TiO2薄膜材料。如上所述的制备方法制得的石墨烯量子点修饰的介孔TiO2薄膜材料用于钙钛矿太阳能电池中，以该薄膜材料作为电子传输材料，有机-无机杂化(FAPbI3)1-x(MAPbBr3)x为吸光材料，Spiro-OMeTAD作为空穴传输材料，Au为对电极，组装钙钛矿太阳能电池。本专利技术的有益效果在于：本专利技术首次以一种简单的界面修饰方法制备得到石墨烯量子点修饰的介孔二氧化钛薄膜材料，并将其作为钙钛矿太阳能电池的电子传输材料，制备方法简单，薄膜平整，且具有相对较高的太阳能电池光电转换效率等特点，从而扩展了钙钛矿太阳能电池中电子传输材料界面处理方法的选择范围；而且降低了成本，具有有益的经济效益。附图说明图1为基于石墨烯量子点修饰的介孔TiO2薄膜材料作为电子传输材料的钙钛矿太阳能电池的光电性能图；图2（a）为石墨烯量子点的透射电镜图；图2（b）为石墨烯量子点处理TiO2介孔层的扫描电镜图和原子力显微镜3D图；图3为基于石墨烯量子点修饰的介孔TiO2薄膜材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池性能分布箱式图，(a)短路电流；(b)开路电压；(c)填充因子；(d)光电转换效率。具体实施方式以下结合具体实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不仅仅限于这些实施例。实施例一种石墨烯量子点修饰的介孔二氧化钛薄膜材料的制备方法，具体包括以下步骤：（1）将0.3g的石墨填充于SiO2分子筛中，转入高压反应釜中并加入20mL浓硝酸，160℃的烘箱内反应5h；反应结束后，将产物用50mL去离子水洗涤并转入透析袋中，透析7天；最后将透析好的产物分散于乙醇中，制备得到1mg/mL的石墨烯量子点溶液；（2）将步骤（1）得到的石墨烯量子点溶液，在沉积有介孔TiO2电子传输层的导电玻璃基底上浸润10s，紧接着以2000转/分钟的速度旋涂溶液，100℃退火30min后，制得所述石墨烯量子点修饰的介孔TiO2薄膜材料。以制得的石墨烯量子点修饰的介孔TiO2薄膜材料作为电子传输材料，有机-无机杂化(FAPbI3)1-x(MAPbBr3)x为吸光材料，Spiro-OMeTAD作为空穴传输材料，Au为对电极，组装钙钛矿太阳能电池，并测试其光电性能，结果如图1所示。从图1可以看出，在100mW/cm2的光强、AM1.5条件下，基于石墨烯量子点修饰的介孔TiO2薄膜材料作为电子传输材料的钙钛矿太阳能电池得到最高光电转换效率为20.45%。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，凡依本专利技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利技术的涵盖范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.石墨烯量子点修饰的介孔二氧化钛薄膜材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：（1）将0.3 g的石墨填充于SiO2分子筛中，转入高压反应釜中并加入20 mL浓硝酸，160 ℃的烘箱内反应5 h；反应结束后，将产物用50 mL去离子水洗涤并转入透析袋中，透析7天；最后将透析好的产物分散于乙醇中，制备得到1 mg/mL的石墨烯量子点溶液；（2）将步骤（1）得到的石墨烯量子点溶液，在沉积有介孔TiO2电子传输层的导电玻璃基底上浸润10 s，紧接着以2000转/分钟的速度旋涂溶液，100 ℃退火30 min后，制得所述石墨烯量子点修饰的介孔二氧化钛薄膜材料。

【技术特征摘要】
1.石墨烯量子点修饰的介孔二氧化钛薄膜材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：（1）将0.3g的石墨填充于SiO2分子筛中，转入高压反应釜中并加入20mL浓硝酸，160℃的烘箱内反应5h；反应结束后，将产物用50mL去离子水洗涤并转入透析袋中，透析7天；最后将透析好的产物分散于乙醇中，制备得到1mg/mL的石墨烯量子点溶液；（2）将步骤（1）得到的石墨烯量子点溶液，在沉积有介孔TiO2电子传输层的导电玻璃基底上浸润10s，紧接着以2000...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏明灯，沈德立，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35