有机-无机混合钙钛矿材料具有优异的光学和电学性质,包括激子分离能低、载流子寿命长、消光系数高等特点。在最近的10年中,钙钛矿太阳能电池的光电转化效率从最初的3.8%提高到了23%以上,展现出巨大的商业化潜力。但是,要实现20%以上的光电转化效率,就需要用到有机空穴传输材料（如spiro-OMeTAD）和贵金属电极（如金或银）。使用有机空穴传输材料会降低电池的稳定性,使用贵金属电极则会显著增加电池的成本。为提高电池的长期稳定性并降低电池的制造成本,碳基无空穴传输层型钙钛矿太阳能电池被提出并得到了广泛的应用。这种以碳作为对电极的电池具有制造成本低、稳定性好的特点。这里,我们研究了碳基无空穴传输层型钙钛矿太阳能电池的电子传输层。通过设计复合纳米结构的电子传输层或者掺入功能性纳米材料,电池的性能得到了提升。具体内容概括如下:（1）我们通过使用200 nm ZnO纳米球修饰ZnO纳米棒阵列,得到了一种复合纳米结构的电子传输层。在一维纳米结构的ZnO纳米棒的促进下,光生电子可以快速地从钙钛矿薄膜中迁移出来,这有助于减少复合。在纳米棒阵列上修饰一层ZnO纳米球后,沉积在电子传输层上的钙钛矿薄膜的覆盖率提高了,因此,钙钛矿太阳能电池的性能也提高了。通过优化ZnO纳米棒的长度,电池的效率可以达到11.2%。（2）我们成功将Au@SiO₂纳米颗粒引入到碳基无空穴传输层型钙钛矿太阳能电池中。Au@SiO₂纳米颗粒可以通过增强光吸收并促进载流子的分离和传输来增加光电流,从而提升电池的光电转化效率。同时,Au外层的SiO₂壳虽然不能直接提升电池的性能,但是避免了Au与钙钛矿或碳电极发生直接接触而造成电荷复合。当掺入的Au@SiO₂纳米颗粒的浓度为0.3 wt%时,电池有最高光电转化效率13.85±0.45%,这比不含Au@SiO₂纳米颗粒的对照组提高了15%。（3）我们通过使用SiO₂/NaYF₄:Yb,Er@SiO₂绝缘层修饰TiO₂纳米棒阵列得到了一种复合纳米结构的电子传输层。该电子传输层能够有效提高碳基无空穴传输层型钙钛矿太阳能电池的光电转化效率。一维结构的二氧化钛纳米棒阵列能够促进电子的传输。含有NaYF₄:Yb,Er@SiO₂的SiO₂绝缘层修饰了纳米棒阵列表面,将碳电极与TiO₂分隔开,避免碳电极与TiO₂发生直接接触引发电池内部短路而造成电池性能损失。同时,经过绝缘层的修饰,沉积在复合纳米结构的电子传输层上的钙钛矿变得更加致密、均匀,这促进了电荷在钙钛矿内的传输。除此之外,核壳结构的上转换纳米材料NaYF₄:Yb,Er@SiO₂将近红外光转化为可被钙钛矿材料直接利用的可见光,从而提高了电池对太阳光谱的使用范围并进一步提升了电池的性能。