本發(fā)明屬于光伏材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯超導(dǎo)型鈣鈦礦光伏吸光材料。
背景技術(shù)：
太陽能電池材料經(jīng)過60多年的發(fā)展，已經(jīng)有很多不同的類型。主要包括單晶/多晶硅、砷化鎵、碲化鎘、銅銦鎵硒、染料敏化等。目前只有單晶/多晶硅太陽電池得到了廣泛應(yīng)用，其他類型的太陽能電池因原材料稀少、有毒、效率低、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。但單晶/多晶硅太陽電池生產(chǎn)成本高，尋找新型的太陽能電池仍是目前研究的熱點(diǎn)。
鈣鈦礦型有機(jī)金屬鹵化物材料具有優(yōu)異的光電性能且易于合成，已經(jīng)在太陽能電池研究中廣泛使用，目前基于這種材料的太陽能電池最高能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到19%，其理論轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到50%，具有很大的開發(fā)潛能。
鈣鈦礦太陽電池通常是由透明導(dǎo)電玻璃、致密層、鈣鈦礦吸收層、有機(jī)空穴傳輸層、金屬背電極五部分組成。鈣鈦礦太陽電池工作時(shí)，鈣鈦礦化合物在光照下吸收光子，其價(jià)帶電子躍遷到導(dǎo)帶，接著將導(dǎo)帶電子注入到tio2的導(dǎo)帶，再傳輸?shù)絝to，同時(shí)，空穴傳輸至有機(jī)空穴傳輸層，從而電子-空穴對(duì)發(fā)生分離，當(dāng)接通外電路時(shí)，電子與空穴的移動(dòng)將會(huì)產(chǎn)生電流。
其中，鈣鈦礦吸收層的主要作用是吸收太陽光產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)，并能高效傳輸電子-空穴對(duì)、電子、空穴至相應(yīng)的致密層和有機(jī)空穴傳輸層。鈣鈦礦吸收層一般采用介孔納米結(jié)構(gòu)作為支架，負(fù)載鈣鈦礦吸光材料，因?yàn)榻榭准{米結(jié)構(gòu)比表面積大，可吸附較多的吸光物質(zhì)，從而獲得較大的電池能量轉(zhuǎn)換效率，介孔納米材料的組成、微結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)鈣鈦礦電池的能力轉(zhuǎn)換效率非常重要。但是鈣鈦礦吸收層對(duì)光吸收量不高，組裝的太陽能電池光電轉(zhuǎn)化率不高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯超導(dǎo)型鈣鈦礦光伏吸光材料，制備的石墨烯鈣鈦礦光伏吸收材料的薄膜結(jié)構(gòu)致密性性好，在可見光條件下具有良好的吸收效果。
本發(fā)明的技術(shù)目的是通過以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的：一種石墨烯超導(dǎo)型鈣鈦礦光伏吸光材料，其步驟如下：
步驟1，將碘化鉛溶解至dmf溶液中，然后恒溫?cái)嚢栊纬煞€(wěn)定的均勻透明溶液，即淡黃色透明碘化鉛溶液；
步驟2，將納米石墨烯粉末加入水中，加入分散劑，超聲均勻后形成石墨烯分散液；
步驟3，將石墨烯分散液噴涂在fto玻璃表面，然后進(jìn)行高壓密封反應(yīng)2-3h，冷卻后形成均勻的石墨烯分子薄膜；
步驟4，將碘化鉛溶液均勻噴灑在石墨烯分子薄膜表面，恒溫烘干形成表面的碘化鉛薄膜；
步驟5，將步驟4的薄膜材料放入至甲胺溶液中，緩慢滴加氫碘酸，直至低頻率超聲攪拌均勻后，密封曝氣反應(yīng)3-6h，減壓蒸餾1-3h后自然冷卻，取出薄膜材料烘干；
步驟6，將薄膜材料放入密封反應(yīng)釜中，進(jìn)行密封反應(yīng)，冷卻后得到石墨烯鈣鈦礦光伏吸收材料。
所述步驟1中碘化鉛濃度為0.3-0.6g/l，所述恒溫?cái)嚢璧臏囟葹?0-80℃，所述攪拌速度為1000-1500r/min，將碘化鉛溶解至dmf中能夠形成穩(wěn)定碘化鉛溶液，便于碘化鉛薄膜的制備，同時(shí)dmf能夠在攪拌溫度下處于穩(wěn)定的液態(tài)，防止其揮發(fā)。
所述步驟2中的納米石墨烯的摩爾量是碘化鉛的1.5-1.8倍，所述納米石墨烯的濃度為1.1-1.5g/l，所述分散劑采用有機(jī)硅分散劑，所述分散劑的加入量是納米石墨烯摩爾量的3-5%，所述超聲攪拌的頻率為1.5-2.5khz，所述超聲時(shí)間為30-45min；該步驟采用有機(jī)硅分散劑，其含有硅元素材料，能夠有效的在后續(xù)反應(yīng)中將石墨烯固定在fto玻璃上，增加了粘固牢度；該步驟將納米石墨烯溶解分散至水中，形成穩(wěn)定均已的石墨烯分散液，并采用超聲的方式進(jìn)行快速分散，利用其離合能的效果將納米石墨烯均勻分散，保證分散劑作用至每個(gè)顆粒，減少石墨烯的團(tuán)聚。
所述步驟3中石墨烯分散液的噴涂量是10-15mg/cm2，所述高壓密封反應(yīng)的壓力為10-15mpa，所述溫度為150-200℃；該步驟采用噴涂的方式將石墨烯分散液均勻分布在fto玻璃表面，在高壓密封反應(yīng)條件下，石墨烯中的有機(jī)硅分散劑與玻璃相接，將石墨烯穩(wěn)固粘附在玻璃表面，形成穩(wěn)固性薄膜材料。
步驟4中碘化鉛溶液的噴灑量為20-25mg/cm2，所述恒溫烘干的溫度為60-80℃；該步驟通過噴灑的方式在石墨烯表面形成穩(wěn)定的碘化鉛薄膜，并且在恒溫烘干過程中，將碘化鉛滲透至石墨烯薄膜的缺陷縫隙中，形成表面的包覆性的碘化鉛薄膜。
步驟5中的甲胺與氫碘酸的摩爾比為1:1.01-1.05，所述氫碘酸的摩爾量是碘化鉛的1.01-1.15倍，所述氫碘酸的滴加速度為5-10ml/min，所述低頻率超聲為0.8-1.2khz，所述超聲時(shí)間為10-15min，所述密封曝氣反應(yīng)的氣體為氮?dú)?，曝氣流速?0-15ml/min，所述密封反應(yīng)溫度為100-110℃，壓力為2-4mpa，所述減壓蒸餾的壓力為大氣壓的60-70%，所述減壓蒸餾后的體積是反應(yīng)前的40-50%；該步驟將薄膜材料放入甲胺溶液中，保證將甲胺完全分散至薄膜表面，特別是進(jìn)入至石墨烯薄膜縫隙中；通過滴加氫碘酸以及超聲攪拌的方式能夠形成穩(wěn)定均勻的分散效果，并且與薄膜表面的甲胺相接處；在密封曝氣反應(yīng)過程中氫碘酸與甲胺反應(yīng)沉淀在石墨烯表面，形成晶體顆粒，并且在曝氣反應(yīng)中保證其穩(wěn)定均勻的分散效果，起到穩(wěn)定的反應(yīng)薄膜材料；該反應(yīng)薄膜材料與碘化鉛反應(yīng)形成鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的ch3nh3pbi3的鈣鈦礦薄膜，經(jīng)減壓蒸餾的方式進(jìn)行濃度富集，從而增加了薄膜厚度；該步驟中甲胺溶液在曝氣反應(yīng)過程中將石墨烯薄膜縫隙修補(bǔ)，解決了石墨烯缺陷問題，提高了石墨烯傳導(dǎo)效率。
所述步驟6中的密封反應(yīng)溫度為90-100℃，壓力為5-10mpa，通過密封反應(yīng)的條件下，將石墨烯與ch3nh3pbi3的鈣鈦礦薄膜進(jìn)行緊實(shí)密封加壓反應(yīng)，得到的薄膜材料致密性更佳，傳導(dǎo)效率更高。
本發(fā)明將石墨烯與碘化鉛分別配置分散均勻的穩(wěn)定溶液，并分別噴灑在fto表面，進(jìn)行密封反應(yīng)，得到石墨烯薄膜和碘化鉛薄膜的fto玻璃，然后浸泡在甲胺溶液中，滴加氫碘酸，密封曝氣反應(yīng)與蒸餾反應(yīng)后冷卻得到薄膜材料；最后將薄膜材料密封反應(yīng)得到石墨烯鈣鈦礦光伏吸收材料。
綜上所述，本發(fā)明具有如下有益效果：
本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單可行，實(shí)踐性和通用性強(qiáng)。本發(fā)明制備的石墨烯鈣鈦礦光伏吸收材料的薄膜結(jié)構(gòu)致密性性好，在可見光條件下具有良好的吸收效果。本發(fā)明提供的制備方法反應(yīng)條件溫和，溫度可控性強(qiáng)，且無保護(hù)氣等條件，反應(yīng)方式簡(jiǎn)單，可工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種石墨烯超導(dǎo)型鈣鈦礦光伏吸光材料，其步驟如下：
步驟1，將碘化鉛溶解至dmf溶液中，然后恒溫?cái)嚢栊纬煞€(wěn)定的均勻透明溶液，即淡黃色透明碘化鉛溶液；
步驟2，將納米石墨烯粉末加入水中，加入分散劑，超聲均勻后形成石墨烯分散液；
步驟3，將石墨烯分散液噴涂在fto玻璃表面，然后進(jìn)行高壓密封反應(yīng)2h，冷卻后形成均勻的石墨烯分子薄膜；
步驟4，將碘化鉛溶液均勻噴灑在石墨烯分子薄膜表面，恒溫烘干形成表面的碘化鉛薄膜；
步驟5，將步驟4的薄膜材料放入至甲胺溶液中，緩慢滴加氫碘酸，直至低頻率超聲攪拌均勻后，密封曝氣反應(yīng)3h，減壓蒸餾1h后自然冷卻，取出薄膜材料烘干；
步驟6，將薄膜材料放入密封反應(yīng)釜中，進(jìn)行密封反應(yīng)，冷卻后得到石墨烯鈣鈦礦光伏吸收材料。
所述步驟1中碘化鉛濃度為0.3g/l，所述恒溫?cái)嚢璧臏囟葹?0℃，所述攪拌速度為1000r/min。
所述步驟2中的納米石墨烯的摩爾量是碘化鉛的1.5倍，所述納米石墨烯的濃度為1.1g/l，所述分散劑采用有機(jī)硅分散劑，所述分散劑的加入量是納米石墨烯摩爾量的3%，所述超聲攪拌的頻率為1.5khz，所述超聲時(shí)間為30min。
所述步驟3中石墨烯分散液的噴涂量是10mg/cm2，所述高壓密封反應(yīng)的壓力為10mpa，所述溫度為150℃。
步驟4中碘化鉛溶液的噴灑量為20mg/cm2，所述恒溫烘干的溫度為60℃。
步驟5中的甲胺與氫碘酸的摩爾比為1:1.01，所述氫碘酸的摩爾量是碘化鉛的1.01倍，所述氫碘酸的滴加速度為5ml/min，所述低頻率超聲為0.8khz，所述超聲時(shí)間為10min，所述密封曝氣反應(yīng)的氣體為氮?dú)?，曝氣流速?0ml/min，所述密封反應(yīng)溫度為100℃，壓力為2mpa，所述減壓蒸餾的壓力為大氣壓的60%，所述減壓蒸餾后的體積是反應(yīng)前的40%。
所述步驟6中的密封反應(yīng)溫度為90℃，壓力為5mpa。
利用本實(shí)施例制備的石墨烯超導(dǎo)型鈣鈦礦光伏吸光材料組裝太陽能電池，電池的光電轉(zhuǎn)化率為13.1%。
實(shí)施例2
一種石墨烯超導(dǎo)型鈣鈦礦光伏吸光材料，其步驟如下：
步驟1，將碘化鉛溶解至dmf溶液中，然后恒溫?cái)嚢栊纬煞€(wěn)定的均勻透明溶液，即淡黃色透明碘化鉛溶液；
步驟2，將納米石墨烯粉末加入水中，加入分散劑，超聲均勻后形成石墨烯分散液；
步驟3，將石墨烯分散液噴涂在fto玻璃表面，然后進(jìn)行高壓密封反應(yīng)3h，冷卻后形成均勻的石墨烯分子薄膜；
步驟4，將碘化鉛溶液均勻噴灑在石墨烯分子薄膜表面，恒溫烘干形成表面的碘化鉛薄膜；
步驟5，將步驟4的薄膜材料放入至甲胺溶液中，緩慢滴加氫碘酸，直至低頻率超聲攪拌均勻后，密封曝氣反應(yīng)6h，減壓蒸餾3h后自然冷卻，取出薄膜材料烘干；
步驟6，將薄膜材料放入密封反應(yīng)釜中，進(jìn)行密封反應(yīng)，冷卻后得到石墨烯鈣鈦礦光伏吸收材料。
所述步驟1中碘化鉛濃度為0.6g/l，所述恒溫?cái)嚢璧臏囟葹?0℃，所述攪拌速度為1500r/min。
所述步驟2中的納米石墨烯的摩爾量是碘化鉛的1.8倍，所述納米石墨烯的濃度為1.5g/l，所述分散劑采用有機(jī)硅分散劑，所述分散劑的加入量是納米石墨烯摩爾量的5%，所述超聲攪拌的頻率為2.5khz，所述超聲時(shí)間為45min。
所述步驟3中石墨烯分散液的噴涂量是15mg/cm2，所述高壓密封反應(yīng)的壓力為15mpa，所述溫度為200℃。
步驟4中碘化鉛溶液的噴灑量為25mg/cm2，所述恒溫烘干的溫度為80℃。
步驟5中的甲胺與氫碘酸的摩爾比為1:1.05，所述氫碘酸的摩爾量是碘化鉛的1.15倍，所述氫碘酸的滴加速度為10ml/min，所述低頻率超聲為1.2khz，所述超聲時(shí)間為15min，所述密封曝氣反應(yīng)的氣體為氮?dú)?，曝氣流速?5ml/min，所述密封反應(yīng)溫度為110℃，壓力為4mpa，所述減壓蒸餾的壓力為大氣壓的70%，所述減壓蒸餾后的體積是反應(yīng)前的50%。
所述步驟6中的密封反應(yīng)溫度為100℃，壓力為10mpa。
利用本實(shí)施例制備的石墨烯超導(dǎo)型鈣鈦礦光伏吸光材料組裝太陽能電池，電池的光電轉(zhuǎn)化率為12.8%。
實(shí)施例3
一種石墨烯超導(dǎo)型鈣鈦礦光伏吸光材料，其步驟如下：
步驟1，將碘化鉛溶解至dmf溶液中，然后恒溫?cái)嚢栊纬煞€(wěn)定的均勻透明溶液，即淡黃色透明碘化鉛溶液；
步驟2，將納米石墨烯粉末加入水中，加入分散劑，超聲均勻后形成石墨烯分散液；
步驟3，將石墨烯分散液噴涂在fto玻璃表面，然后進(jìn)行高壓密封反應(yīng)2h，冷卻后形成均勻的石墨烯分子薄膜；
步驟4，將碘化鉛溶液均勻噴灑在石墨烯分子薄膜表面，恒溫烘干形成表面的碘化鉛薄膜；
步驟5，將步驟4的薄膜材料放入至甲胺溶液中，緩慢滴加氫碘酸，直至低頻率超聲攪拌均勻后，密封曝氣反應(yīng)4h，減壓蒸餾2h后自然冷卻，取出薄膜材料烘干；
步驟6，將薄膜材料放入密封反應(yīng)釜中，進(jìn)行密封反應(yīng)，冷卻后得到石墨烯鈣鈦礦光伏吸收材料。
所述步驟1中碘化鉛濃度為0.4g/l，所述恒溫?cái)嚢璧臏囟葹?5℃，所述攪拌速度為1200r/min。
所述步驟2中的納米石墨烯的摩爾量是碘化鉛的1.6倍，所述納米石墨烯的濃度為1.2g/l，所述分散劑采用有機(jī)硅分散劑，所述分散劑的加入量是納米石墨烯摩爾量的4%，所述超聲攪拌的頻率為1.8khz，所述超聲時(shí)間為35min。
所述步驟3中石墨烯分散液的噴涂量是12mg/cm2，所述高壓密封反應(yīng)的壓力為12mpa，所述溫度為170℃。
步驟4中碘化鉛溶液的噴灑量為23mg/cm2，所述恒溫烘干的溫度為70℃。
步驟5中的甲胺與氫碘酸的摩爾比為1:1.04，所述氫碘酸的摩爾量是碘化鉛的1.08倍，所述氫碘酸的滴加速度為7ml/min，所述低頻率超聲為1.0khz，所述超聲時(shí)間為12min，所述密封曝氣反應(yīng)的氣體為氮?dú)?，曝氣流速?2ml/min，所述密封反應(yīng)溫度為104℃，壓力為3mpa，所述減壓蒸餾的壓力為大氣壓的65%，所述減壓蒸餾后的體積是反應(yīng)前的45%。
所述步驟6中的密封反應(yīng)溫度為95℃，壓力為7mpa。
利用本實(shí)施例制備的石墨烯超導(dǎo)型鈣鈦礦光伏吸光材料組裝太陽能電池，電池的光電轉(zhuǎn)化率為13.5%。
實(shí)施例4
一種石墨烯超導(dǎo)型鈣鈦礦光伏吸光材料，其步驟如下：
步驟1，將碘化鉛溶解至dmf溶液中，然后恒溫?cái)嚢栊纬煞€(wěn)定的均勻透明溶液，即淡黃色透明碘化鉛溶液；
步驟2，將納米石墨烯粉末加入水中，加入分散劑，超聲均勻后形成石墨烯分散液；
步驟3，將石墨烯分散液噴涂在fto玻璃表面，然后進(jìn)行高壓密封反應(yīng)3h，冷卻后形成均勻的石墨烯分子薄膜；
步驟4，將碘化鉛溶液均勻噴灑在石墨烯分子薄膜表面，恒溫烘干形成表面的碘化鉛薄膜；
步驟5，將步驟4的薄膜材料放入至甲胺溶液中，緩慢滴加氫碘酸，直至低頻率超聲攪拌均勻后，密封曝氣反應(yīng)5h，減壓蒸餾2h后自然冷卻，取出薄膜材料烘干；
步驟6，將薄膜材料放入密封反應(yīng)釜中，進(jìn)行密封反應(yīng)，冷卻后得到石墨烯鈣鈦礦光伏吸收材料。
所述步驟1中碘化鉛濃度為0.5g/l，所述恒溫?cái)嚢璧臏囟葹?8℃，所述攪拌速度為1300r/min。
所述步驟2中的納米石墨烯的摩爾量是碘化鉛的1.7倍，所述納米石墨烯的濃度為1.4g/l，所述分散劑采用有機(jī)硅分散劑，所述分散劑的加入量是納米石墨烯摩爾量的4%，所述超聲攪拌的頻率為2.2khz，所述超聲時(shí)間為40min。
所述步驟3中石墨烯分散液的噴涂量是14mg/cm2，所述高壓密封反應(yīng)的壓力為14mpa，所述溫度為180℃。
步驟4中碘化鉛溶液的噴灑量為24mg/cm2，所述恒溫烘干的溫度為75℃。
步驟5中的甲胺與氫碘酸的摩爾比為1:1.04，所述氫碘酸的摩爾量是碘化鉛的1.12倍，所述氫碘酸的滴加速度為8ml/min，所述低頻率超聲為1.1khz，所述超聲時(shí)間為14min，所述密封曝氣反應(yīng)的氣體為氮?dú)猓貧饬魉贋?4ml/min，所述密封反應(yīng)溫度為108℃，壓力為3mpa，所述減壓蒸餾的壓力為大氣壓的68%，所述減壓蒸餾后的體積是反應(yīng)前的47%。
所述步驟6中的密封反應(yīng)溫度為98℃，壓力為8mpa。
利用本實(shí)施例制備的石墨烯超導(dǎo)型鈣鈦礦光伏吸光材料組裝太陽能電池，電池的光電轉(zhuǎn)化率為13.9%。
以上所述僅為本發(fā)明的一實(shí)施例，并不限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。