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介观太阳能电池(Mesoscopic solar cells, MSCs)是指使用具有高比表面积的介孔半导体纳米晶作为电荷收集材料,染料或有机-无机杂化钙钛矿等作为光捕获材料,利用介观光活性界面实现高效光电转换功能的一种光伏器件,介孔纳米晶／光捕获材料界面对MSCs的光电性能起决定性作用。这类电池制备工艺简单、原材料来源广且价格低廉,一直被视为第三代太阳能电池中最具应用前景的光电转换技术之一。MSCs最早由染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells, DSSCs)发展而来,最近兴起的钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells, PVSCs)由DSSCs发展而来,有机-无机杂化钙钛矿材料独特的光电性能使得PVSCs发展迅速。目前DSSCs最高光电转换效率己达到13.0%,而PVSCs的公证效率高达21.0%。传统MSCs一般基于介孔n型半导体纳米晶／光捕获材料敏化电极作为工作电极,即n型MSCs。而以p型半导体纳米晶／光捕获材料敏化电极为工作电极的p型MSCs,有望通过光谱匹配和n型MSCs组合构成pn叠层MSCs。pn叠层MSCs因能够突破传统n型MSCs的理论效率限制而极具发展前景。由于目前pn叠层MSCs的发展受制于p型MSCs的发展,因而发展高效pn叠层MSCs首先需要发展p型MSCs。p型MSCs中p型半导体纳米晶/光捕获材料界面对p型MSCs光电性能起决定性作用。针对这界面,本论文设计合成了一系列应用于p型DSSCs的有机染料,合成了应用于pn叠层PVSCs的p型半导体纳米材料,开发了基于碳对电极的新型pn叠层PVSCs,系统研究了p型半导体/光捕获材料界面特性及其对器件光伏性能的影响,为高效、低成本MSCs的发展提供依据。本文主要开展了以下研究工作：以带锚基的二苯胺作为电子给体,花酰胺作为电子受体,9,9-二己基芴作为链接基团,顺序引入3,4-乙烯二氧噻吩和噻吩延长分子共轭体系,调节染料能级,合成了三种p型有机染料zzx-op1、zzx-op2和zzx-op3,制备了p型DSSCs。研究结果表明随着共轭体系的延长,染料吸收光谱逐渐红移,而器件光电转换效率依次下降,分别为0.184、0.160、0.153%。针对这一现象,利用光学及电化学手段研究了p型半导体／染料界面空穴注入驱动力对器件性能的影响,确定了合适的空穴注入驱动力。其中,具有～0.8 eV空穴注入驱动力的zzx-op1空穴注入效率最高,光电转效率最高；在zzx-op1勺基础上,依次分别引入了一个、两个9,9-二己基芴作为链接基团,设计合成了两种p型有机染料：zzx-op1-2和zzx-op1-3,制备了p型DSSCs。改变染浴配比,研究了染料结构及自组装特性对p型半导体／染料界面电荷复合特性及器件性能的影响。光物理及电化学测试结果表明zzx-op1-2不仅能够形成致密的染料分子层抑制电解质与半导体纳米晶中空穴之间的电荷复合,而且能够抑制还原态染料与半导体纳米晶中空穴之间的电荷复合。基于zzx-op1-2的p型DSSCs获得了0.35%的光电转换效率,实现了同时期7.57 mA/cm2的短路电流密度的世界纪录；受pn叠层DSSCs的启发,在具有二氧化钛/二氧化锆/碳(钙钛矿)(TiO2/ZrO2/carbon(perovskit e))结构的无空穴传输材料型PVSCs基础上,将介孔Zr02替换为介孔氧化镍(NiO)制备具有p/n结构的PVSCs。光物理及电化学测试结果表明,相对于绝缘材料ZrO2,p型半导体NiO作为空穴传输材料能够有效收集空穴、阻挡电子、抑制电荷复合,同时提升对电极界面的电荷收集特性。具有TiO2/NiO/carbon(perovskite)结构的p/n型PVSCs实现了11.4%的光电转换效率；在TiO2/NiO/carbon(perovskite)结构PVSCs基础上,在介孔TiO2层与介孔NiO层之间增加一层介孔 ZrO2,制备了具有p/i/n结构的PVSCs。电化学测试结果表明介孔Zr02层的引入避免了介孔TiO2层与介孔NiO层直接接触造成的界面复合,有效提升了器件的电荷收集特性。具有TiO2/ZrO2/NiO/carbon(perovskite)结构的p/i/n型PVSCs实现了14.5%的光电转换效率；以高结晶度的介观NiO纳米片作为空穴传输材料制备TiO2/ZrO2/NiO/carbon (perovskite)结构PVSCs。光物理及电化学测试结果表明,高结晶度NiO纳米片具有良好的电荷收集特性,而且NiO纳米片层具有更大的孔隙,有利于钙钛矿材料的填充和晶型生长,能够有效提高器件的电荷收集特性,抑制电荷复合。基于1μm厚NiO纳米片层的p/i/n型PVSCs实现了14.2%光电转换效率。