金属卤化物钙钛矿是一类理想的光伏材料,其不仅具有吸收系数高,电荷扩散距离长,缺陷密度低,带隙可调等优势,同时该材料制备方法简单多样,成本较低。在短短十年内,钙钛矿太阳能电池得到了飞速的发展,其能量转换效率从最初的3.8%升至23.2%并逐年增长,发展前景令人期待。但实现钙钛矿太阳能电池未来的商业化应用也面临着种种问题和挑战,例如,钙钛矿材料在工作过程中稳定性欠佳;高效太阳能电池器件的电子传输层往往需要高温制备;钙钛矿层对制备环境要求苛刻,需要在手套箱内进行。本文围绕着这些问题进行研究,取得了以下成果: (1)为了获得高效率的钙钛矿太阳能电池,对平面异质结结构和介孔结构钙钛矿太阳能电池的制备工艺进行了优化。基于一步法制备的平面异质结CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池,获得了17.30%的能量转换效率;对于介孔结构的钙钛矿太阳能电池,在TiO2介孔层上旋涂双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFS1)进行界面修饰,使用一步法制备CH3NH3PbI3薄膜,获得了19.21%的能量转换效率;此外,通过在TiO2介孔层上旋涂SnO2层进行界面修饰的基础上,使用一步法制备了[(FAPbI3)0.87(MAPbBr3)0.13]0.92[CsPbI3]0.08混合钙钛矿层作为吸收层,制备钙钛矿太阳能电池获得了20.61%的能量转换效率。 (2)为了避免高效电子传输层的高温退火处理,首次将准分子激光退火技术运用到了钙钛矿太阳能电池电子传输层的制备中。使用308nm准分子激光对磁控溅射的Ga掺杂ZnO薄膜(GZO)进行处理。通过优化准分子激光的能量密度和脉冲数,薄膜的结晶性、透过率和电导率在处理后显著提升。在未处理、传统热处理和准分子激光退火处理的GZO电子传输层制备的钙钛矿太阳能电池中,准分子激光退火处理的电池获得的能量转换效率最高,同时器件的热稳定性得到改善。 (3)使用一种疏水的离子液体1-(4-乙烯基苄基)-3-(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-三氟氟辛基)-咪唑碘化物作为CH3NH3PbI3前驱体溶液的添加剂,通过一步法制备钙钛矿膜。1mol%离子液体的添加使得前驱体溶液的转换更加充分,钙钛矿薄膜质量得到提升,制备钙钛矿太阳能电池的最高能量转换效率达到了19.51%。离子液体在添加后分布在钙钛矿层的表面,既能有效阻止高温环境下钙钛矿材料的分解,又能阻止空气中的水分进入钙钛矿材料内部,因而制备器件的热稳定性和空气稳定性得到显著提升。 (4)使用离子液体1,3-双(4-乙烯基苄基)咪唑氯化物作为CH3NH3PbI3前驱体溶液的添加剂,并通过一步法在空气中制备钙钛矿膜。相对于未添加器件,2mol%浓度离子液体添加的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率从15.20%提升至17.13%,这是由于离子液体在旋涂过程中能阻止碘离子氧化,从而促进前驱体溶液更充分的转换成钙钛矿材料。由于结构中两个C=C双键的存在,离子液体在加热过程中会发生聚合形成交联的网状结构,能对钙钛矿晶粒起到保护作用,从而增加了器件在空气中的稳定性。