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介观太阳能电池(mesoscopic solar cell, MSC)按照吸光材料的不同分为染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cell, DSSC)和介观钙钛矿太阳能电池(mesoscopic perovskite solar cell, MPSC)等。MSC因其具有成本低、制备工艺简单、效率高等优点而备受关注。然而,传统MSC一般使用贵金属作为对电极,这在一定程度上限制了这种电池的大规模商业化应用。为此,使用低廉的碳电极取代贵金属电极的全丝网印刷MSC具有巨大的应用前景。吸光材料作为MSC的重要组成部分,对器件性能起着决定性的作用。因此,本文主要针对基于碳电极的全丝网印刷MSC吸光材料开展研究工作。本文的工作主要包括两个方面：(1)设计合成了三个系列的卟啉染料并用于DSSC中；(2)通过路易斯酸碱原位钝化、溶剂策略和混合阴离子策略优化MPSC的光伏性能。具体研究内容如下：(一)以卟啉为骨架结构,保持YD2-o-C8的上下两个内消旋位置的支链结构及固定基不变,在与固定基相反的内消旋位置引入含不同烷基链的三苯胺作为供体,设计合成了卟啉染料WH-C1和WH-C2,作为对比合成了参比染料YD20,之后将这些染料应用于以铂为对电极的双基板DSSC。系统地研究了不同烷基链(如甲基、甲氧基和己氧基)对染料光学物理性能、电化学性能和器件性能的影响。结果发现：(1)卟啉染料的摩尔消光系数随着烷基链的增长而增加；(2)基于卟啉染料WH-C1、YD20和WH-C2电池的入射光电转换效率(incident photo-to-current conversion efficiencies, IPCE)、短路电流(short circuit current,Jsc)和开路电压(open circuit voltage,Voc)的大小顺序为WH-C1＜YD20＜WH-C2。总之,在一个标准太阳光条件下,基于WH-C2的电池获得了7.77%的光电转换效率(power conversion efficiency,PCE),Jsc为13.10 mA cm-2,Voc为831.10 mV,填充因子(fill factor,FF)为0.70。(二)以卟啉为骨架结构,保持YD2-O-C8的上下两个内消旋位置的支链结构及固定基不变,在与固定基相反的内消旋位置引入不同电负性基团设计合成了卟啉染料WH-C3、WH-C4和WH-C5,系统地研究了不同电负性基团对卟啉染料的光学物理性能、电化学性能和相应电池光伏性能的影响。电化学测试表明染料的HOMO和LUMO能级可以通过有机基团的电负性来调节。电流-电压测试表明WH-C3、WH-C4和WH-C5基电池的Jsc和Voc随着有机结构单元给电子能力的提高而增加,顺序为WH-C3＜WH-C4＜WH-C5。其中,基于WH-C5的电池得到了5%的最高PCE, Jsc为11.43 mA cm-2,Voc为633.84 mV,FF为0.69。(三)以卟啉为骨架结构,保持YD2-O-C8的上下两个内消旋位置的支链结构及固定基不变,设计合成了四个含不同供体和固定基导向的卟啉染料WH-Cl、WH-C4、WH-C6和WH-C7。系统地研究了不同固定基导向对卟啉染料的光学物理性能、电化学性能和相应电池光伏性能的影响。结果发现,固定基在间位的染料WH-C6和WH-C7与固定基在对位的染料WH-C4和WH-C1相比光学和电化学性能有很大的差异。与WH-C4和WH-C1相比,WH-C6和WH-C7显示了更低的Jsc和Voc。紫外吸收光谱和染料吸附测试结果表明,将羧酸固定基引入到苯环的间位：(1)降低了染料分子的共轭程度,使得染料分子的吸光能力变差,吸收蓝移,降低了染料的光捕获效率；(2)增加了染料吸附时的空间位阻,减少了染料的吸附量。光捕获效率的降低和染料吸附量的减少共同导致了器件短路电流的降低。电化学阻抗谱结果表明,将羧酸固定基引入到苯环的间位加速了电子复合反应,进而降低了器件的开路电压。(四)使用低成本无毒同时具有路易斯酸碱性的分子二氰二胺(dicyandiamide, DCDA)原位钝化MAPbI3中残留的Pb2+、I-和MA+。结果发现用DCDA处理的器件的Voc和FF得到了大幅度的提高。电化学阻抗谱和强度调制光电压谱表明,使用DCDA钝化的器件拥有更长的电子寿命,同时将电池的平均效率从9.75%提高到11.44%。在一个标准太阳光条件下,基于DCDA处理的器件实现了12.50%的最高PCE。(五)尽管基于贵金属电极的MPSC通过溶剂设计方法已经实现了很高的PCE,但是有关系统地研究溶剂对钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSC)性能影响的文章还未见报道。通过使用溶剂设计方法来优化本征钙钛矿(MAPbI3)材料的制备,进而优化了无空穴传输材料全丝网印刷MPSC的光伏性能。首先,接触角测试表明基于不同溶剂的钙钛矿前驱体溶液对器件薄膜的润湿性有很大的影响,这是由溶剂的极性和粘度差异造成的。其次,XRD和FTIR结果证实不同中间相的存在,不同中间相的稳定性主要受到不同溶剂分子和Pb12之间配位能力的影响,其中溶剂的配位能力主要由溶剂中S=O和C=O的电子云密度和空间位阻决定。SEM结果表明前驱体溶液对器件薄膜的润湿性和中间相的稳定性共同影响钙钛矿在介孔薄膜中的结晶和填充。由于混合溶剂DMF/DMSO (0.93:0.07, v/v)在极性、粘度、润湿性和配位能力这几个因素的折中,基于优化的DMF/DMSO (0.93:0.07)器件取得了13.89%的PCE。(六)设计合成了一系列不同比例的混合阴离子钙钛矿MAPbI(3-x)(BF4)x吸光材料并应用于无空穴导体全丝网印刷MPSC。分别使用UV、SEM、Hall效应和XRD测试方法表征了所合成新型钙钛矿材料的吸光能力、填充、电学性能和晶型。BF4-在纯碘钙钛矿MAPbI3中的使用显著地改善了钙钛矿的光学和电学性能,例如光捕获能力、载流子浓度和电导率,并将PCE从10.54%提高到13.24%。相比于本征MAPbI3,基于优化比例的MAPbI2.95(BF4)0.015器件具有更大的界面和本体复合电阻,提升了光伏性能参数：Jsc(18.15 mA cm-2)、Voc(957 mV)和FF(0.76)。