随着社会进步和科技发展,不可再生化石能源如石油、煤炭的消耗越来越大,人们面临着能源短缺危机,同时,消耗这些化石能源也恶化了环境。这些问题已经受到人们的广泛关注。为了解决这些问题,人们急需开发新的可以持续利用的清洁能源。太阳能作为一种清洁能源,被认为是解决未来能源问题的最佳途径之一,而将太阳能转化为电能的光伏电池则是人们一直在努力开发的能源技术。与传统的硅太阳能电池相比,钙钛矿太阳能电池以其低成本、高效率和简单的制备工艺而受到广泛关注,这主要是由于钙钛矿材料具有很多优良的性质,比如:具有较高的载流子迁移率、高的吸光系数、较长的载流子扩散长度等,钙钛矿太阳能电池的发展虽然很迅速,但是其效率和稳定性还有待进一步提升。如何在提升光电转化效率的同时提升电池的稳定性仍然是一个具有挑战性的问题。本学位论文主要从提高空穴传输层的导电性和钝化钙钛矿表面缺陷态的角度出发,采用硫化锑(Sb₂S₃)和磺胺吡啶(SP)来提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性,其具体研究内容如下:(1)为了改善传统双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li-TFSI)和4-叔丁基吡啶(t BP)掺杂的空穴传输层材料2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(spiro-OMe TAD)的导电性和疏水性,我们首次将Sb₂S₃纳米颗粒作为一种添加剂加入到spiro-OMe TAD中形成一种复合型空穴传输层材料spiro-OMe TAD:Sb₂S₃。研究结果表明,spiro-OMe TAD:Sb₂S₃复合薄膜的导电性比spiro-OMe TAD明显提升,也增大了载流子的迁移率,同时也增强了复合薄膜在空气中的长期导电性,这主要是由于Sb₂S₃中的S原子与spiro-OMe TAD中的CH₃基团之间存在很强的原子相互作用,S原子由于其较强的电负性,对C原子上的电子云具有较强的吸引力,在一定程度上起到了氧化spiro-OMe TAD的作用,并且Sb₂S₃的存在也维持了spiro-OMe TAD分子的化学结构稳定性。其次,由于Sb₂S₃中的S原子与Li-TFSI(锂盐)分子中的Li原子形成较强的S-Li化学键,有效地减少了锂盐的聚集,促进了锂盐的分散,从而改善spiro-OMe TAD薄膜的质量。此外,Sb₂S₃的掺入钝化了钙钛矿表面的缺陷态,这主要是由于Sb₂S₃中的S原子和Sb原子分别与钙钛矿中的Pb原子和卤素原子结合,从而有效钝化了配位不饱和的Pb原子和卤素原子引起的缺陷。与此同时,Sb₂S₃的掺入也明显提升了spiro-OMe TAD:Sb₂S₃复合薄膜的疏水性,减缓了水氧对钙钛矿层的渗透。由于上述优点,本论文把spiro-OMe TAD:Sb₂S₃复合薄膜作为空穴传输层制备了ITO/Sn O₂-KCl/Cs_0.05FA_0.85MA_0.15)_0.95Pb(I_0.85Br_0.15)₃(Cs FAMA)/spiro-OMe TAD:Sb₂S₃/Au结构的钙钛矿太阳能电池,与无Sb₂S₃掺杂的ITO/Sn O₂-KCl/Cs FAMA/spiro-OMe TAD/Au结构的钙钛矿太阳能电池相比,电池的光电转换效率从19.29%提升到了22.13%,并且电池的长期稳定性也得到了明显的改善。(2)为了改善ITO/Sn O₂-KCl/Cs FAMA/spiro-OMe TAD/Au结构电池的性能,我们采用将一种有机小分子SP添加到钙钛矿吸光层中制备了ITO/Sn O₂-KCl/Cs FAMA-SP/spiro-OMe TAD/Au结构的电池。研究结果显示用SP处理过的钙钛矿薄膜晶粒尺寸比原始的钙钛矿薄膜明显增大,并且钙钛矿薄膜表面粗糙度降低,薄膜表面变的更加平整和光滑,表明SP的加入提高了钙钛矿薄膜的结晶性。同时,SP有机分子的添加也使得产生的荧光强度更强并且具有较长的荧光寿命,这说明了SP能够有效地减少钙钛矿缺陷态,从而降低载流子的非辐射复合。理论计算结果表明SP钝化钙钛矿缺陷的原因是SP分子中O原子能够和钙钛矿表面配位不饱和的Pb原子成键。此外,用SP处理后的钙钛矿薄膜有更好的疏水性,能够减缓水分对钙钛矿活性层的影响。最后我们对未封装的两种电池进行效率和稳定性的比较研究。研究结果表明,基于Cs FAMA-SP的钙钛矿太阳能电池的效率达到了20.65%,明显高于未用SP处理的电池的效率(18.67%);用SP处理的电池相比未用SP处理的电池在不同测试条件下的稳定性都得到了明显的改善。