【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及薄膜太阳能电池领域，具体涉及一种基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
1、钙钛矿太阳能电池(pscs)受益于良好的光电性能和低的加工温度，具有高功率转换效率(pce)、重量轻、灵活性和低成本的特点，已经引起了下一代光伏应用领域(如光伏建筑一体化、智能车辆和可穿戴电子设备)的广泛关注。特别是柔性钙钛矿太阳能电池(f-pscs)，因其在轻质和便携式电子应用领域的独特优势而有望商业化。
2、然而，f-pscs的效率远低于相应的刚性pscs。一方面，由于电子传输层(etl)/钙钛矿界面(底部界面)不完美的接触而产生的电荷积累比在钙钛矿/空穴传输层(htl)界面(顶部界面)上的电荷积累更为显著。在本质上，底部界面通常包含较高浓度的缺陷，特别是深能级缺陷，严重抑制了f-pscs的性能。另一方面，f-pscs由于在制备的退火过程中或者工作条件下的拉伸弯折导致大量的应力应变，这进一步降低了f-pscs的性能，从而增加了f-pscs的商业化的难度。已经提出许多策略来减少底部界面处的缺陷，如添加界面层、互穿界面、支架、引入界面自组装单分子层(sam)和普通聚合物夹层等等。然而，这些方法虽然在一定程度上解决了上述技术问题，但却存在以下缺陷：(1)这些夹层无法有效释放钙钛矿薄膜中的应力应变，提升钙钛矿薄膜的热稳定性和f-pscs的机械稳定性；(2)这些夹层无法有效调控钙钛矿薄膜的结晶行为；(3)这些夹层无法同时钝化缺陷，调控结晶，释放应力。
技术实现思路
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括衬底，以及依次设置在衬底上的电子传输层、液晶弹性体夹层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和电极；所述液晶弹性体夹层由式(1)所示的液晶单体聚合而成：
4、
5、优选的，所述电子传输层为tio2、zno和sno2中的任一种。
6、优选的，所述钙钛矿吸收层为cs0.05fa0.85ma0.10pb(i0.97br0.03)3或者fapbi3。
7、优选的，所述空穴传输层为2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺或3-己基取代聚噻吩。
8、优选的，所述电极为金电极。
9、优选的，所述衬底为pet/ito或fto玻璃。
10、所述的基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：
11、s1、在衬底上制备电子传输层；
12、s2、将液晶混合物溶液涂布在电子传输层上，然后通过原位光热交联获得液晶弹性体夹层；所述液晶混合物溶液是将液晶单体、交联剂和光引发剂混合，然后溶解在溶剂中得到；
13、s3、在液晶弹性体夹层上制备钙钛矿吸收层；
14、s4、在钙钛矿吸收层上制备空穴传输层；
15、s5、在空穴传输层上制备电极，得到钙钛矿太阳能电池。
16、优选的，s2具体为：将液晶混合物溶液滴加在电子传输层上；以转速为3000～5000rpm/s，旋涂时间为20～30s，进行旋涂；旋涂完成后进行退火处理，退火温度为90～100℃，退火时间为10～15min；进行逐步降温处理，从90～100℃降温到40～50℃，随后保持5～10min；用波长为365nm的紫外光照射10～15min，液晶单体在原位光热下进行交联，得到液晶弹性体夹层。
17、优选的，s2中，所述液晶单体的制备方法为：
18、将4′-羟基-4-联苯腈与1，6二溴己烷进行威廉姆逊醚化反应，得到溴封端烷氧基氰基联苯；
19、在n2气氛下，将溴封端烷氧基氰基联苯、丙烯酸和无水乙醇的混合物在回流下加热15～20h，再加入naoh水溶液并进一步在回流下加热3～4h，冷却后，加水并用稀盐酸酸化；
20、用二氯甲烷萃取酸化后的混合物，合并有机相，干燥，过滤，除去二氯甲烷，得到液晶单体。
21、优选的，s3具体为：将钙钛矿前驱体溶液滴加在液晶弹性体夹层上，经旋涂、退火，形成钙钛矿吸收层；
22、所述钙钛矿前驱体溶液配制方法为：将pbi2、nh2ch＝nh2i、csi和ch3nh3br混合溶于溶剂，得到钙钛矿前驱体溶液；或者，所述钙钛矿前驱体溶液配制方法为：将pbi2、nh2ch＝nh2i和ch3nh3cl混合溶于溶剂，得到钙钛矿前驱体溶液。
23、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
24、本专利技术通过在传统的电子传输层/钙钛矿吸收层界面(底部界面)引入液晶弹性体夹层(lce)，首先，液晶材料含有能够与钙钛矿块体中pbi2相互作用的官能团(氰基和羰基)，可以有效钝化钙钛矿薄膜底部的缺陷，获得高质量和低缺陷密度的钙钛矿薄膜；其次，液晶材料的有序性和液晶弹性体的高导热性有助于液晶弹性体夹层作为顶部钙钛矿薄膜的生长模板，从而调控其结晶行为以获得高质量的钙钛矿薄膜；另外，由于液晶弹性体的粘弹性和低杨氏模量，液晶弹性体夹层作为缓冲层和粘结层，可以牢固钙钛矿吸收层和电子传输层，并释放衬底和钙钛矿薄膜在加热或者降温过程中由于热膨胀系数不匹配引起的应力应变，进一步提高f-pscs的性能。相对于传统使用的聚合物夹层，本专利技术不仅可以更有效地钝化钙钛矿薄膜底部的缺陷，更有效地调控结晶获得高质量的钙钛矿薄膜，还可以释放由于退火过程中衬底和钙钛矿薄膜热膨胀系数不匹配引起的应力应变，即本专利技术可以同时解决钙钛矿薄膜底部缺陷多、薄膜质量差和应力应变严重这三个问题。本专利技术不但适用于柔性钙钛矿太阳能电池，对刚性钙钛矿太阳能电池同样适用。与传统f-pscs相比，本专利技术制备的f-pscs具有优异的光电性能，其效率高达22.79％，在弯折半径r＝4mm的情况下，经过5400次循环弯折仍能保持初始效率的88.4％。这种通过利用液晶弹性体夹层提升钙钛矿太阳能电池性能的方法对钙钛矿电池的产业化具有重要的实用价值和指导意义。
25、本专利技术采用原位光热交联制备的方法制备钙钛矿太阳能电池，该方法不仅适用于刚性pscs，同样适用于薄的柔性pscs；且使用该方法可以在聚合前后最大限度地保持液晶材料的取向性；另外，使用该方法可以获得弱交联的聚合物，这使得其表面可以暴露一部分官能团，有利于聚合物夹层与其他物质进行相互作用。
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1.一种基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括衬底，以及依次设置在衬底上的电子传输层、液晶弹性体夹层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和电极；所述液晶弹性体夹层由式(1)所示的液晶单体聚合而成：
2.根据权利要求1所述的基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层为TiO2、ZnO和SnO2中的任一种。
3.根据权利要求1所述的基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸收层为Cs0.05FA0.85MA0.10Pb(I0.97Br0.03)3或者FAPbI3。
4.根据权利要求1所述的基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺或3-己基取代聚噻吩。
5.根据权利要求1所述的基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电极为金电极。
6.根据权利要求1所述的基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池，其特征
7.权利要求1～6任一项所述的基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，S2具体为：将液晶混合物溶液滴加在电子传输层上；以转速为3000～5000rpm/s，旋涂时间为20～30s，进行旋涂；旋涂完成后进行退火处理，退火温度为90～100℃，退火时间为10～15min；进行逐步降温处理，从90～100℃降温到40～50℃，随后保持5～10min；用波长为365nm的紫外光照射10～15min，液晶单体在原位光热下进行交联，得到液晶弹性体夹层。
9.根据权利要求7所述的基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，S2中，所述液晶单体的制备方法为：
10.根据权利要求7所述的基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，S3具体为：将钙钛矿前驱体溶液滴加在液晶弹性体夹层上，经旋涂、退火，形成钙钛矿吸收层；
...【技术特征摘要】
1.一种基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括衬底，以及依次设置在衬底上的电子传输层、液晶弹性体夹层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和电极；所述液晶弹性体夹层由式(1)所示的液晶单体聚合而成：
2.根据权利要求1所述的基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层为tio2、zno和sno2中的任一种。
3.根据权利要求1所述的基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸收层为cs0.05fa0.85ma0.10pb(i0.97br0.03)3或者fapbi3。
4.根据权利要求1所述的基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层为2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺或3-己基取代聚噻吩。
5.根据权利要求1所述的基于液晶弹性体夹层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电极为金电极。
6.根据权利要求1所述的基于液晶弹性体夹层的...
【专利技术属性】
技术研发人员：游家学，马亚斌，陈然，马晓康，刘生忠，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：
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