[发明专利]一种石墨烯包裹的三维二氧化钛复合材料TiO2-CdS-RGO及钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明属于材料合成和光电转换技术领域，尤其涉及一种石墨烯包裹的三维二氧化钛复合材料TiO₂‑CdS‑RGO及钙钛矿太阳能电池。本发明所述的具有独特能带匹配的石墨烯包裹的三维介孔二氧化钛异质结构复合材料TiO₂‑CdS‑RGO，可作为钙钛矿太阳能电池的电子传输材料应用于光伏器件。TiO₂‑CdS‑RGO的三重结构为钙钛矿渗透提供了足够的空隙，有效提高了光生电荷的分离和提取。由于RGO优异的电子传导性，它可以有效地改善电荷传输动力学，TiO₂‑CdS‑RGO电子传输层表现出增强的电荷传输能力。所得太阳能电池的光电转换效率得到较大改善，并且具有良好的长期工作稳定性。

技术领域

本发明属于材料合成和光电转换技术领域，尤其涉及一种石墨烯包裹的三维二氧化钛复合材料TiO₂-CdS-RGO及钙钛矿太阳能电池。

背景技术

近年来，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池因其优异的光伏性能和低廉的制备成本，已成为新兴的光伏技术。钙钛矿电池中最常用的电子传输材料是二氧化钛（TiO₂），但是二氧化钛与钙钛矿存在能量失配，而且紫外光下二氧化钛表面吸附的氧的解吸会导致器件的稳定性下降。所以制备二氧化钛复合材料提高其电荷分离效率是提高钙钛矿太阳能电池光电性能的重要手段之一。

二氧化钛与窄带隙半导体的耦合已被用于改善TiO₂电子传输和稳定性等性质。在可见光照射下，窄带隙半导体可以促进光激发电子从其导带（CB）传递到二氧化钛导带，并且有效地俘获TiO₂的表面缺陷，抑制源自TiO₂层氧空位的本征捕获点的活化，防止由于载流子复合而引起的电荷损失，从而改善电池的光稳定性。石墨烯的平面结构和大π共轭赋予其独特而优异的性质，例如高的载流子迁移率，大的理论比表面积，优异的光透射率，抑制光激发载流子的复合和提高光吸收能力。鉴于石墨烯的二维层状结构和杰出的性质，一些研究人员使用石墨烯量子点（GQDs）或纳米片来改善钙钛矿、TiO₂和阴极之间的电子转移。前期的研究中，钙钛矿太阳能电池还是存在载流子复合和器件稳定性低的问题。因此，为改善钙钛矿太阳能电池的光伏性能，采取有效办法提高电荷传输效率势在必行。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明合成了具有独特能带匹配的介孔TiO₂-CdS-RGO异质结构复合材料，并作为ETL应用于PSCs器件。这个三重结构为钙钛矿渗透提供了足够的空隙，有效提高了光生电荷的分离和提取，由于RGO优异的电子传导性，它可以有效地改善电荷传输动力学，TiO₂-CdS-RGO电子传输层表现出增强的电荷传输能力。所得太阳能电池的光电转换效率得到较大改善，并且具有良好的长期工作稳定性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯包裹的三维二氧化钛复合材料TiO₂-CdS-RGO，所述TiO₂-CdS-RGO为还原氧化石墨烯包裹的沉积了CdS颗粒的介孔分级二氧化钛球，包括最内层的介孔分级二氧化钛球，所述介孔分级二氧化钛球体上沉积有CdS颗粒，最外层包裹有还原氧化石墨烯。

本发明还公开了上述石墨烯包裹的三维二氧化钛复合材料TiO₂-CdS-RGO的制备方法，包括以下步骤：先合成介孔分级三维二氧化钛球体，然后将CdS沉积在介孔二氧化钛上得到二氧化钛-硫化镉球体，最后用石墨烯包裹二氧化钛-硫化镉球体，再经热还原，最后得到还原氧化石墨烯包裹的三维二氧化钛复合材料TiO₂-CdS-RGO。