能源是推动人类社会文明发展与进步所需要的重要资源。其中,太阳能作为“取之不尽,用之不竭”的清洁能源受到了研究人员的广泛关注。近年来,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其成本低和转换效率较高成为研究的热点。有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池发展了短短的十几年时间,光电转换效率就突破25%,紧追单晶硅太阳能电池,但其稳定性问题是实现商业化的主要瓶颈。为了提高钙钛矿太阳能电池的稳定性,需要从制备器件的材料,结构和制备工艺等方面入手解决。本文通过二维钙钛矿材料修饰钙钛矿层,改善了与空穴传输层之间的能级匹配,从而提高器件的稳定性和性能。本论文的主要研究内容:1.利用二维(2D)/三维(3D)平面钙钛矿薄膜使有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性得到提高。2D/3D平面钙钛矿结合了三维钙钛矿的高性能和二维钙钛矿的稳定性的优点。研究发现超薄2D钙钛矿覆盖在3D钙钛矿表面,不但可以钝化3D钙钛矿的晶界,而且可以解决钙钛矿层和空穴传输层之间能级匹配的问题。这一工作表明,利用不同种类的钙钛矿杂化来调制2D/3D平面薄膜,是同时提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的可行方法。2.全无机Cs Pb X₃钙钛矿以其良好的载流子输运性能和热稳定性而倍受关注。然而,由于Cs Pb X₃晶格中存在X空位,导致Cs Pb X₃薄膜中陷阱密度高,进而影响太阳能电池的光伏性能。在这里,我们使用了苯乙胺碘盐(PEAI)和苯乙胺溴盐(PEABr)来调控无机钙钛矿的成膜质量,显著提高了Cs Pb I₂Br薄膜的耐湿性和光伏性能。研究发现,在高温退火后不存在所谓的二维(PEA)₂Pb I₄和(PEA)₂Pb Br₄材料,但Cs Pb I₂Br中的碘或溴空位可以由外部阴离子填补。熔融晶界使较大的晶粒具有较低的陷阱密度,从而提高了钙钛矿的相稳定性和Cs Pb I₂Br太阳能电池的器件效率。这项研究表明,利用高温环境来填充外部阴离子的空缺可以提高钙钛矿太阳能电池的光电效率和稳定性。3.目前有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池采用最多的空穴传输材料是PTAA和Spiro-OMe TAD。然而这两种材料价格昂贵,不利于商业化的发展;而且需要引入锂盐等吸湿性掺杂剂,对器件的抗湿性十分不利。本实验采用成本较低,易于制造,光电性能好的P3HT作为空穴传输材料,但是其制备的器件效率偏低。通过利用二维钙钛矿材料PEAI作为钙钛矿与P3HT之间的修饰层,减小载流子的反向复合,促进P3HT的自组装过程进而提升器件的性能,还利用PEAI有机阳离子作为疏水集团提高了器件的稳定性。这一工作表明,利用宽带隙的二维钙钛矿材料不仅可以减小载流子的反向复合,还可以促进P3HT的自组装过程,进而提高钙钛矿太阳能电池的光电效率和稳定性。