【摘 要】
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近年来,有机-无机杂化钙钛矿材料因其吸收系数高、激子结合能低、载流子扩散长度长和缺陷态密度低等特点受到研究者的广泛关注。经过十余年的发展,钙钛矿太阳能电池（PSCs）的光电转换效率从3.8%飞速提升至25%以上,达到了可与商用多晶硅太阳能电池相媲美的性能水平。然而,钙钛矿吸收层易在水分、温度、氧气和紫外光等环境因素下分解,导致PSCs长期稳定性下降,严重制约其商业化应用。因此,迫切需要提高钙钛矿吸
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近年来,有机-无机杂化钙钛矿材料因其吸收系数高、激子结合能低、载流子扩散长度长和缺陷态密度低等特点受到研究者的广泛关注。经过十余年的发展,钙钛矿太阳能电池（PSCs）的光电转换效率从3.8%飞速提升至25%以上,达到了可与商用多晶硅太阳能电池相媲美的性能水平。然而,钙钛矿吸收层易在水分、温度、氧气和紫外光等环境因素下分解,导致PSCs长期稳定性下降,严重制约其商业化应用。因此,迫切需要提高钙钛矿吸收层的稳定性,从而构建稳定的PSCs器件。为了有效减少钙钛矿薄膜的内部和表面缺陷,研究者们采用了各种策略,包括:添加剂工程、组分工程、反溶剂工程和界面工程。这些方法通过降低钙钛矿的缺陷态密度,从而获得高质量的钙钛矿薄膜。其中,添加剂工程是改善钙钛矿薄膜质量、减少缺陷和提高PSCs性能最常用的方法。本文主要开展了两项工作,旨在提高钙钛矿太阳能电池的稳定性和光电转换效率。（1）缺陷钝化是实现性能优异的钙钛矿太阳能电池的主要方法。本项工作通过反溶剂和组分工程的协同作用有效钝化缺陷,从而获得稳定性高的钙钛矿太阳能电池,具体而言,在MAPb I3前驱体溶液中,乙酸乙酯作为反溶剂和Cs Br作为添加剂。研究发现快速溶剂蒸发促进钙钛矿快速成核,且Cs Br有助于钙钛矿晶粒生长。反溶剂和添加剂工程的协同作用导致钙钛矿晶粒尺寸增加、缺陷密度降低、钙钛矿薄膜质量提高,最终提高ITO/Sn O2/钙钛矿/碳器件的效率和稳定性。系统研究了协同作用对钙钛矿薄膜形貌和电池光电性能的影响,构筑了可印刷无空穴传输层碳基钙钛矿太阳能电池,其冠军效率为16.45%,FF为72.63%,JSC为19.90 m A/cm~2,VOC为1.14 V。本项工作采用一种简便且低成本的方法获得了高稳定性的碳基钙钛矿太阳能电池,并为未来的商业化应用提供了广阔的前景。（2）稳定性是制约钙钛矿太阳能电池商业化的主要原因之一。本项工作使用Zn O纳米粒子作为电子层的紫外光屏蔽剂,2-羟基二苯甲酮（HBP）作为钙钛矿层的紫外光吸收剂,协同提高了钙钛矿电池的稳定性。Zn O纳米粒子有利于提高电子传输效率,并有效阻止紫外光对钙钛矿薄膜的分解作用。HBP可以有效钝化缺陷并吸收部分紫外光,提高钙钛矿薄膜的质量和稳定性。构筑的ITO/Sn O2/Zn O/MAPb I3-HBP/C钙钛矿太阳能电池的冠军效率为16.39%,JSC为23.26 m A/cm~2,VOC为1.12V,FF为62.96%。与对照器件相比较,光稳定性和长期稳定性显著提高。未封装的ITO/Sn O2/Zn O/MAPb I3-HBP/Carbon钙钛矿太阳能电池在环境条件下（RH=30%）贮存792小时后,保持了初始效率的94%,显著提高了器件的湿稳定性。本项工作为提高可印刷钙钛矿电池的稳定性提供了一种重要的思路。综上所述,本工作为钙钛矿太阳能电池中添加剂的选择以及钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的提高提供了理论指导和实验依据。
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