【摘 要】
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得益于制备工艺简单且可以低温、低成本制备高质量的薄膜,钙钛矿太阳能电池自2009年问世以来,其光电转换效率从最初的3.8%增长至目前的25.2%。丰富的原材料储备以及广阔的应用前景使得整个钙钛矿领域充满活力。但同时,钙钛矿材料中所含的铅元素可能带来环境污染等问题。为解决铅毒性问题,本论文以无毒非铅锡基钙钛矿FA0.75MA0.25SnI2Br为主要研究对象,通过调控钙钛矿成膜、抑制二价锡离子（Sn
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得益于制备工艺简单且可以低温、低成本制备高质量的薄膜,钙钛矿太阳能电池自2009年问世以来,其光电转换效率从最初的3.8%增长至目前的25.2%。丰富的原材料储备以及广阔的应用前景使得整个钙钛矿领域充满活力。但同时,钙钛矿材料中所含的铅元素可能带来环境污染等问题。为解决铅毒性问题,本论文以无毒非铅锡基钙钛矿FA0.75MA0.25SnI2Br为主要研究对象,通过调控钙钛矿成膜、抑制二价锡离子（Sn2+）氧化和优化传输层能级匹配度,来达到提升电池光电转换效率的目的,并初步探讨钙钛矿室内光伏的应用。研究内容主要包括以下几个方面:（1）FASnI3锡基钙钛矿的组分工程。使用甲胺离子（MA+）部分替代甲脒离子（FA+）,调节A位离子半径,提高钙钛矿结构稳定性。并使用溴离子（Br-）部分替代碘离子（I-）,调节带隙钝化缺陷。此外,在湿法制备薄膜的过程中,引入DMF与DMSO共同作为前驱体溶剂,调节钙钛矿结晶速率,实现FA0.75MA0.25SnI2Br钙钛矿薄膜的可控制备。（2）使用抗氧化剂儿茶素（Catechin）保护钙钛矿光伏器件中的二价锡离子（Sn2+）,使其不被氧化成四价锡离子（Sn4+）,减少因Sn4+造成的自掺杂。同时,儿茶素能够与锡离子络合,调节钙钛矿结晶速率,降低钙钛矿薄膜表面粗糙度。最终器件在标准太阳光AM 1.5G（100mW/cm2）下的光电转换效率从4.96%提升至6.02%,在弱光1000勒克斯（lux）下的室内效率达到12.81%。（3）利用烟酰胺（Nicotinamide）调节PEDOT:PSS空穴传输层,形成与锡基钙钛矿更匹配的能级结构。烟酰胺调节空穴传输层的价带,降低电压损失,从而提升器件开路电压（Voc）;同时,该材料降低了传输层表面的粗糙度,减少缺陷态密度并提升载流子迁移率,优化其与钙钛矿活性层下表面的接触。开路电压从0.63 V提升至0.83 V,器件在标准太阳光下的光电转换效率从4.77%提升至8.28%,在1000 lux下的室内效率达到15.60%。
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