【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钙钛矿太阳能器件，具体涉及一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池及制备方法。
技术介绍
1、太阳能是一种可再生绿色新能源，太阳电池的发展和应用可以加快构建清洁、低碳、安全、高效能源体系，将会对促进产业结构和能源结构调整方面起到重要作用。
2、钙钛矿型光伏材料因其高吸光系数、高载流子迁移率、宽的光谱响应和双极性载流子运输特性等优势得到了研究人员的广泛关注。然而，尽管有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的效率在十几年间已超过25％，但其热稳定性和湿度稳定性比较差，钙钛矿材料的a位在热或潮湿的环境下较难稳定存在，限制了其在日常环境中的应用。而铯基钙钛矿(cspbx3，x＝i－、br－、cl－或其混合物)，因其优异的光热稳定性而受到越来越多研究人员的关注。铯基钙钛矿太阳电池发展迅速，但其光电转换效率还处于较低水平、环境稳定性也较差，主要是因为缺陷导致的非辐射复合损失和具有光活性的α相无机钙钛矿在较高湿度环境下结构不稳定，易转变成不具有光活性的δ相。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池及制备方法；以解决现有技术中铯基钙钛矿太阳电池钙钛矿吸收层上界面缺陷密度高、导致的非辐射复合损失和具有光活性的α相无机钙钛矿在较高湿度环境下结构不稳定，易转变成不具有光活性的δ相，稳定性差的技术问题。
2、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太
4、所述液晶聚合物以晶粒形式有序排列在钙钛矿吸收层上，液晶聚合物的结构式为：
5、
6、其中，m的取值为25-55；n的取值为1-4，m和n均为整数。
7、本专利技术的进一步改进在于：
8、优选的，所述钙钛矿吸收层为cspbixbr3-x，0≤x≤3或faycs1-ypbi3，0＜y＜1。
9、优选的，所述电子传输层为tio2、zno、sno2或nb2o5中的任意一种。
10、一种上述的具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
11、s1，在导电玻璃基底上制备电子传输层；
12、s2，在电子传输层上制备铯基钙钛矿吸收层；
13、s3，将液晶聚合物溶于氯苯中，获得液晶聚合物溶液，将液晶聚合物溶液旋涂在铯基钙钛矿吸收层上，退火后获得液晶聚合物层；
14、s4，该液晶聚合物层上制备spiro-ometad空穴传输层；
15、s5，在spiro-ometad空穴传输层上制备金属层。
16、优选的，s2中，将钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层上，退火后制备出铯基钙钛矿吸收层，所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.7-1.1m。
17、优选的，所述钙钛矿前驱体溶液的旋涂分为两个阶段，第一阶段转速为1000-2000rpm，旋涂时间为5-20s；第二阶段转速为3000-5000rpm，旋涂时间为30-50s。
18、优选的，所述钙钛矿吸收层的退火温度为120-210℃，退火时间为8-95min。
19、优选的，s3中，所述液晶聚合物的浓度为0.1-2mg/ml。
20、优选的，s3中，退火温度为50-200℃，退火时间为5-30min。
21、根据权利要求4所述的一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，s3中，旋涂转速为2000-5000rpm，旋涂时间为25-40s。
22、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
23、本专利技术公开了一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池，该钙钛矿太阳电池在钙钛矿吸收层上设置一层有序排列的液晶聚合物。该材料具有一定的液晶区间，且含有-c≡n、-s-、硅氧键、硅碳键这些特殊基团，当在钙钛矿薄膜表面有序排列时，不仅可以提高钙钛矿薄膜的表面平整度，钝化表面缺陷，减少电荷复合，提高电池的开压，进而提高电池的光电转化效率，液晶态的聚合物能够促进上述特殊基团发挥作用；除此之外，还可以与spiro-ometad相互作用，抑制li+的迁移，进而提高电池的稳定性，整体上提高了铯基钙钛矿太阳电池的光电性能和工作稳定性。
24、与传统的铯基钙钛矿太阳电池相比，该钙钛矿太阳电池因为在钙钛矿吸收层上附着了有序排列的液晶聚合物，修饰了钙钛矿界面，液晶聚合物中的-c≡n与钙钛矿表面未配位pb2+之间相互作用，钝化表面缺陷，减少电荷复合，提高电池的开压，进而提高电池的光电转化效率；除此之外，液晶聚合物在钙钛矿层上的有序排列，提高载流子传输，降低非辐射复合位点，提高太阳电池的填充因子；硅氧键和表面的甲基提高了钙钛矿表面疏水性，进而提高太阳电池的稳定性，整体上提高了铯基钙钛矿太阳电池的性能。该钙钛矿太阳电池开路电压高、稳定性好，光电转换效率高，进一步解决了铯基钙钛矿电池开路电压低、稳定性差的问题。光电转换效率从19.18％提高到21.36％。通过在cspbi3体系中的应用研究发现：液晶聚合物可以提高空穴传输层的空穴的提取能力。上界面修饰的钙钛矿薄膜可以更好的与空穴传输层相匹配，进一步提升提取电荷的能力与特性，硅氧键以及甲基强的疏水性可以提高器件的工作稳定性，从而获得性能优异的全无机钙钛矿太阳电池。
25、本专利技术公开了一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池的制备方法。在钙钛矿吸收层上旋涂液晶聚合物溶液，涂覆后进行退火，退火过程中液晶聚合物进行有序排列，使得在钙钛矿吸收层上形成有序排列的离子迁移通道，该液晶聚合物层不会对钙钛矿吸收层的光电性能造成负面影响；在退火过程中，液晶态的液晶聚合物与钙钛矿吸收层相互作用，试验过程发现，退火温度和时间会影响液晶聚合物的排列情况，当退火温度过高时，需适当减少退火时间，否则有可能对钙钛矿吸收层造成损伤，但是退火时间过短或退火温度过低又有可能造成液晶聚合物排列不够充分，影响液晶高分子的有序度；整个制备方法为操作简单，重复性好。因此本专利技术通过严格控制溶液浓度，旋涂转速和退火温度、退火时间调节液晶聚合物的有序度，提高太阳电池的开路电压、稳定性及光电转换效率。
26、进一步的，通过调整液晶聚合物溶液的浓度，能够进一步控制液晶聚合物和钙钛矿吸收层的作用，当浓度过高时，会破坏钙钛矿晶格结构，影响了光电转化效率，浓度过低时，与钙钛矿晶格相互作用程度较低，0.1mm-2mm的浓度区间会产生较为优异的效果。
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1.一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池，其特征在于，包括从下到上依次堆叠设置的导电玻璃衬底、电子传输层、铯基钙钛矿吸收层、液晶聚合物层、Spiro-OMeTAD空穴传输层和金属电极；
2.根据权利要求1所述的一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述钙钛矿吸收层为CsPbIxBr3-x，0≤x≤3或FAyCs1-yPbI3，0＜y＜1。
3.根据权利要求1所述的一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述电子传输层为TiO2、ZnO、SnO2或Nb2O5中的任意一种。
4.一种权利要求1所述的具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，S2中，将钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层上，退火后制备出铯基钙钛矿吸收层，所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.7-1.1M。
6.根据权利要求5所述的一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液的旋
7.根据权利要求5所述的一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿吸收层的退火温度为120-210℃，退火时间为8-95min。
8.根据权利要求4所述的一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，S3中，所述液晶聚合物的浓度为0.1-2mg/mL。
9.根据权利要求4所述的一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，S3中，退火温度为50-200℃，退火时间为5-30min。
10.根据权利要求4所述的一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，S3中，旋涂转速为2000-5000rpm，旋涂时间为25-40s。
...【技术特征摘要】
1.一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池，其特征在于，包括从下到上依次堆叠设置的导电玻璃衬底、电子传输层、铯基钙钛矿吸收层、液晶聚合物层、spiro-ometad空穴传输层和金属电极；
2.根据权利要求1所述的一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述钙钛矿吸收层为cspbixbr3-x，0≤x≤3或faycs1-ypbi3，0＜y＜1。
3.根据权利要求1所述的一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述电子传输层为tio2、zno、sno2或nb2o5中的任意一种。
4.一种权利要求1所述的具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种具有液晶聚合物层的铯基钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，s2中，将钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层上，退火后制备出铯基钙钛矿吸收层，所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.7-1.1m。
6.根据权利要求5...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘治科，雷旭若，陈然，杨少敏，徐东方，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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