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有机-无机卤化物钙钛矿因其优异的光电性能以及可溶液法低成本制备等优点,在太阳电池以及其他光电半导体器件中得到了非常广泛的应用。在有机-无机卤化钙钛矿太阳电池(PSCs)中,载流子传输材料的特性及各层薄膜之间的界面性质对于器件效率至关重要,所以对载流子传输材料和界面的研究意义重大。目前,PSCs的实验室光电转化效率(PCE)已经超过23%。然而在室外环境下,由于湿度、光照、温度和氧等因素的共同影响使得PSCs的稳定性很差。这也阻碍了PSCs的产业化,因此,如何解决PSCs的稳定性问题对于其产业化至关重要。基于此,本文对载流子传输材料、电池器件中的界面以及器件稳定性问题进行了深入研究,并通过界面工程和添加剂工程提高了 PSCs的光电性能和空气稳定性。下面是我们的研究内容:(1)合成了尺寸可调的含氯氧化镍(NiOx-Cl)纳米颗粒,将其制备成薄膜作为空穴传输层用于反式(p-i-n)结构PSCs中。相比于没有含氯氧化镍(NiOx)薄膜,以NiOx-Cl薄膜为空穴传输层的器件性能得到了极大改善,其中器件光电转换效率由14.3%增加到了 17.44%,器件暴露在相对空气湿度(RH)为40%的环境下480小时后其光电转换效率仅衰减了 20%。且I-V曲线迟滞指数由9.0%降到了1.7%,几乎完全消失。(2)通过使用多功能材料氟化锂(LiF)来修饰二氧化钛(TiO2)电子传输层,使TiO2的电子迁移率由6.4×10-4 cm2V-1s-1提高到了 2.87-10-3 cm2V-1s-1(提高了三倍多),从而提高了甲脒基钙钛矿与电子传输层之间的电荷传输效率:并且由于F-的存在使得甲脒基钙钛矿的晶粒尺寸由1 um增大到5 um,降低了钙钛矿薄膜的缺陷并提高了其结晶性,最终使得器件平均光电转换效率为19.8%,迟滞指数由7.7%降低至2.0%。因为TiO2/LiF薄膜减少了对紫外光的透过率,因此与TiO2作为电子传输层的电池器件相比,优化器件的紫外光照稳定性提高到了 1.6倍,在相对湿度为40%的空气中,用紫外光持续光照12小时后,器件效率仅衰减了 22%。(3)通过在钙钛矿前驱体溶液中添加无机小分子五氟化铌(NbF5)来防止δ-相的形成和稳定甲脒基钙钛矿中的α-相。结果,具有NbF5的PSCs回滞现象减弱,迟滞指数由12.0%减小到了 6.0%,并且器件的光电转换效率超过20%。与不含NbF5的对比器件相比,具有NbF5添加剂的钙钛矿器件湿度稳定性提高了 10倍,在空气中老化50天后仍能保持其效率的80%。并且在没有紫外光过滤器的氙灯(100 mW/cm2,AM 1.5 G)照射下,与不含NbF5添加剂的参比器件相比,具有NbFs添加剂的甲脒基PSCs的光照稳定性提高了 5倍。因此,这项工作为提高甲脒基PSCs的光电性能和稳定性提供了一种有效的新途径。