目前全世界消耗的能源大部分都由化石燃料的燃烧来提供,而化石燃料是不可再生能源。化石燃料使用的同时,还会带来不同类型的污染,造成严重的全球性气候变化和环境污染等复杂问题。因而,大力发展清洁、可再生能源成为当今的主题之一。在风、地热、潮汐、沼气等众多可再生能源中,太阳能作为一种清洁可再生能源,取之不尽、用之不竭,是最有希望和利用价值的能源之一。几十年来,人们研究发明了包括硅太阳能电池、染料敏化太阳能电池、有机聚合物太阳能电池等等各种各样的太阳能电池为了提高对太阳能的利用效率。近5年,有机-无机杂化钙钛矿型的太阳能电池发展迅猛,钙钛矿型太阳能电池以其制备条件简单、制备成本低、轻便、可制成柔性等优点备受研究者和市场的关注。仅仅5年的时间,钙钛矿型太阳能电池的光电转换效率已经从最初的3.8%发展到了目前超过20%的水平,其发展势头超过了其他所有类型的太阳能电池,具有乐观的工业应用前景。钙钛矿型太阳能电池的核心部分主要由光活性材料、空穴传输材料和电子传输材料组成。作为起激子分离、电子传导作用的电子传输材料在钙钛矿型太阳能电池中也扮演着非常重要的角色,为了更好地发挥钙钛矿型太阳能电池的效果,对钙钛矿型太阳能电池电子传输材料的研究显得十分重要。富勒烯类电子传输材料以其具有的可低温溶剂法制备、易于在柔性电池衬底上应用、可减弱和消除钙钛矿太阳能电池的迟滞效应、有利于增加电池的稳定性以及更好的电荷提取分离效率等优异的性质,被广泛应用于钙钛矿型太阳能电池的制备中。因此,对钙钛矿型太阳能电池的富勒烯类电子传输材料进行研究和改进是进一步提高电池效率、解决钙钛矿型太阳能电池迟滞效应、制备成本和稳定性等问题的有效途径。虽然有大量的富勒烯类的电子受体材料已经被应用于有机聚合物太阳能电池中,但仅有较为少数种类的富勒烯类电子受体材料被应用于钙钛矿型太阳能电池中,而且目前对于钙钛矿型太阳能电池富勒烯电子传输层性能的影响因素方面的研究尚少,对于符合哪些条件的富勒烯及富勒烯衍生物合适用来作为钙钛矿型太阳能电池的电子传输层的研究也较少,尽快寻找出最佳的富勒烯类电子传输材料显得意义重大。在进一步推进钙钛矿型太阳能电池商业化的进程中,也要求进一步降低富勒烯类电子传输材料的成本和获得更好的钙钛矿型太阳能电池的稳定性。因此,本论文设计探索了一系列富勒烯的衍生物(PC61BM和二氢萘基的C60衍生物EDNC、BDNC)被用作为钙钛矿型太阳能电池的电子传输材料的情况,探索了富勒烯及富勒烯衍生物用来作为钙钛矿型太阳能电池的电子传输层的合适的条件及影响因素,发现在富勒烯衍生物LUMO能级水平相近的情况下,它们的电子迁移率和表面形貌是影响钙钛矿太阳能电池效率的关键因素,且富勒烯类电子传输层的不良的表面形貌对于电池性能影响较为明显。因此,我们将在接下来的研究中致力于应用具有高电子迁移率的富勒烯类电子传输材料和找出优化富勒烯电子传输层表面形貌的方法。在累积了富勒烯及富勒烯衍生物用来作为钙钛矿型太阳能电池的电子传输层方面的信息和经验后,本文对目前世界上广泛应用、公认最好的富勒烯衍生物[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)电子受体材料进行了精细的探索。由于实验室在富勒烯精细分离方面的经验丰富,在前人和同学们的不懈努力下,我们分离获得了 PC71BM的三个主要异构体(α-,β1-和β2-PC71BM),并将三个异构体按照不同比例混合制备成钙钛矿电池的电子传输层。在该探索过程中我们发现通过调控三个异构体的比例能够具有优化电子传输层的表面形貌的效果,并在α-,β1-和β2-PC71BM比例为17:1:2的条件下获得了性能最佳的钙钛矿型太阳能电池,其效率高达17.56%。这一效果正如同常常在药物研究领域中使用的“药物配方”的概念和方法,但在钙钛矿太阳能电池的富勒烯类电子受体领域却从未被提及。因此,我们借鉴“药物配方”的方法,在钙钛矿太阳能电池领域从已有的富勒烯为配方原材料出发,提出富勒烯电子受体的“配方工程”思路和方法,用于进一步优化富勒烯类电子传输层表面形貌,进而提升太阳能电池的效率。C60、C70笼具备比其他富勒烯衍生物更高的电子迁移率,且它们在富勒烯类电子传输材料中成本最低,不需要经过化学修饰,在降低钙钛矿型太阳能电池制备成本方面具有很大优势,但它们的溶解性能差,难以通过溶剂法制备成低成本的优质的电子传输层薄膜。我们进一步利用富勒烯电子受体的“配方工程”思路,将富勒烯类电子传输材料中最低成本的,但却溶解性能差的C60、C70以低温全溶剂处理的方法成功制备成了具有良好表面形貌的钙钛矿型太阳能电池的电子传输层,获得了 14.04%的能量转换效率,替代了高成本的PC61BM电子传输材料,制备出与之效率相当的倒置结构钙钛矿太阳能电池,极大幅度地降低了钙钛矿型太阳能电池使用富勒烯类电子传输材料的成本,还一定程度上提高了电池的稳定性。需要指出的是,我们在前期的电池工艺探索和实验条件经验累积方面花费了大量的时间和精力,对于“配方工程”的研究尚处于发现和有限范围应用的阶段,而该方法的配方机理、条件和适用规律等深层次的根源问题尚不明朗,还具有很大挑战,有待长期探究。因此,在有条件的基础上,我们将在后续长期的工作中结合更多的样本例和表征手段做进一步精细探究和拓展。