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钙钛矿CH3NH3PbX3(MAPbX3)具有可溶液加工、成本低廉、工艺简单、组成可调、宽达800 nm的吸收光谱、极好的吸光系数、非常优异的载流子迁移率(单晶约为66 cm2V-1 S-1)、低的激子束缚能(<10 meV)、长达1 μm的电子和空穴迁移长度以及光学带隙可调等优点,被广泛应用到太阳能电池、发光器件和光电探测器领域。钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells,PVSCs)是一种新兴的薄膜太阳能电池,近年来已成为太阳能电池研究领域中备受关注的耀眼明星,自2009年首次报道3.8%的能量转换效率(PCE)以来,发展极其迅猛,2016年认证PCE已达22.1%。如今PVSCs已发展出多种不同的电池结构和多种多样的制备工艺以提升其PCE,相对于如何提高PCE而言,重复性、稳定性、迟滞效应、廉价空穴/电子传输材料等均为PVSCs发展历程中亟待解决的关键问题。因此,本论文主要针对PVSCs的吸光层(MAPbI3)和空穴传输层两个功能层的材料设计、工艺优化和制备研究。主要开展了以下四方面的工作:(1)研究改进了现有两步溶剂退火法制备高重复性、无光退火、低迟滞反向平面 PVSCs 的工艺,器件结构为 ITO/PEDOT:PSS/MAPbI3/PC61BM/Ca/Al。用旋涂 Pbl2前驱液残余的DMF对PbI2薄膜在40 ℃退火,通过两步法快速便捷的制备具有高光伏性能的MAPbI3吸光层。实验结果表明,优化的两步溶剂退火法能够获得12.12%的PCE,与传统两步旋涂法制备的器件效率8.49%相比,PCE提升幅度达43%。(2)开展了配位作用对钙钛矿结晶和高性能PVSCs研究。溶液制备的多晶钙钛矿薄膜有较大的表面积和晶粒边界,这些晶界是不稳定的,容易受到湿气攻击,加上MAPbX3天生亲水性会导致它在空气环境中吸潮进而分解,使器件表现出很强的不稳定性,目前有机胺掺杂的PVSCs均采用一步法制作,一步法虽然操作简便,但其制备的吸光层薄膜形貌变化大、性能的可控性差等缺点。本文采用两步溶液法,添加双官能团羧酸铵(DLPAI),研究正向平面结构PVSCs(ITO/TiO2/(CH3NH3)1-x(DLPA)xPbI3/P3HT/MoO3/Ag),添加 DLPAI 后,吸光层薄膜的表面形貌得到了改善,晶界明显减少,薄膜表面更为致密、光滑平整,从而有效的改善了 PVSCs的效率和稳定性。通过核磁共振研究发现,这主要得益于-COOH和-NH3+端基的氢键作用。系统优化后器件能量转化效率由10.21%提高至15.11%,同时稳定性大幅提高。此探索工作也充分证明氢键能有效改善钙钛矿吸光层结晶度和形貌进而提高PVSCs的性能和稳定性。(3)无机空穴传输材料具有良好的水、氧和热稳定性、较高的空穴迁移率,采用两种方法制备W03前驱液,一种是以钨粉为原料,采用双氧水法合成了 W03前驱液,另一种是以WC16和正丙醇为原料制备WO3前驱液,分别将它们用作结构为ITO/WO3/MAPbI3/PC61BM/Ca/Al的反向平面PVSCs的空穴传输材料,比较两种方法制备PVSCs的性能参数,以双氧水法合成的W03前驱液制备的HTL的器件PCE可达12.07%,高于WC16和正丙醇为原料制备W03前驱液(9.80%),这与其晶粒尺寸和光滑的表面吻合。(4)从合成新型高效有机空穴传输材料角度出发,采用钯催化“A3+B2”Suzuki一锅法缩聚反应制备了价廉易得、超支化咔唑聚合物(HB-Cz),由于具有超支化结构和咔唑单元,HB-Cz可用作结构为ITO/TiO2/MAPbI3/HB-Cz/Ag的正向平面PVSCs的空穴传输层,同时与聚合物P3HT(聚3-己基噻吩)和PCz(聚2,7-[9-(1-辛基壬基)-9H-咔唑])用作空穴传输层的太阳能电池相对比,以HB-Cz为空穴传输层的器件 PCE 可达 14.07%,明显高于 P3HT(9.05%)和 PCz(6.60%),这得益于 HB-Cz合适的能级、良好的空穴传输和表面形貌。