人类社会的发展之迅速,导致环境问题日益严重,比如温室效应,并且现代社会的传统能源已经日益枯竭,寻找开发新型可再生能源成为人类发展的首要任务。可再生能源如太阳能具有取之不尽、用之不竭,并且清洁无污染,利用成本低等优点,充分利用可再生能源不仅可以有效解决传统能源带来的环境污染问题,而且可以缓解能源危机所带来的压力。我们可以通过光热和光伏等途径来充分发挥太阳能的优势,为社会提供更多资源。钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有优异的光伏性能,利用光伏技术将光能转化为电能,是一种很有前景的光伏器件。钙钛矿太阳能电池的发展迅速,其功率转换效率(PCE)目前已经超过了其他单结薄膜太阳能电池如CdTe和Cu(In,Ga)Se₂,达到了25.5%。由于其优越的物理性能,接近肖克利-奎瑟理论极限。但是钙钛矿电池在长期发展的过程中,其稳定性、效率、以及成本问题,仍无法达到三位一体的平衡,未来在进一步提高其转换效率的同时,稳定性和成本也是亟待解决的问题。一般而言,钙钛矿吸收层、界面层的选择在影响着器件效率的同时,也影响着其稳定性问题,尤其是界面材料的选择,空穴传输层(HTLs)是高效钙钛矿太阳能电池的重要部分。目前,最常使用的HTLs是Spiro-OMeTAD(Spiro)或聚-[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA),然而Spiro薄膜导电性较差,需要添加三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)和4-叔丁基吡啶(TBP)等掺杂剂来提高其导电性能,以获得高效率的PSCs。但是掺杂剂的吸湿性会降低器件的稳定性,所以吸湿掺杂剂导致的低稳定性问题仍然阻碍了未来PSCs的商业化应用。而无机HTLs具有价格低廉、空穴迁移率高、热湿稳定性好等优异性能,因此开发无机HTLs是有效的策略之一。但是无机空穴传输材料效率仍然低于有机材料。综上所述,利用单一材料,无论是有机材料还是无机材料都不是制备高稳定性和高效率的钙钛矿太阳能电池的有效方法。目前高效钙钛矿太阳能电池面临的问题主要是稳定性问题,我们做了两部分工作:(一)我们结合CuInS₂的高稳定性和有机Spiro的高效率,构建无机-有机双HTLs,获得高效稳定的PSCs。(二)另一方面是通过合成无机空穴传输材料(HTM)对Spiro进行取代,构建双无机空穴传输层,降低器件制备成本,提高其热稳定性。两部分具体实验研究如下:第一部分:设计并制备了双层空穴传输材料,通过引入无机CuInS₂缓冲层来降低器件的界面缺陷态,提高电池的稳定性。采用CuInS₂/Spiro双层HTM材料的PSCs的功率转换效率(PCE)从纯Spiro器件的17.97%提高到19.63%。此外,使用CuInS₂/Spiro双层HTM材料制备的PSCs的工作稳定性也得到了提高。双层HTM的PSCs在环境大气中储存50天后,PCE保留93%的初始值。实验结果表明,CuInS₂与Spiro之间的能带匹配、快速的空穴提取和输运以及CuInS₂/Spiro双层HTMs的PSCs中电荷重组的减少,是提高PSCs性能的主要原因。第二部分:基于上述研究,我们进一步地通过溶液法合成了Cs:NiO_x纳米粒子,利用廉价的NiO_x材料代替昂贵的有机Spiro,提高其热稳定性。我们通过在钙钛矿和CuInS₂层之间沉积一层薄而光滑的Cs:NiO_x层,制备了Cs:NiO_x/CuInS₂双层HTMs。通采用Cs:NiO_x/CuInS₂双层HTM结构的PSCs与采用单层HTM结构的PSCs相比,性能得到了改善,PCE从16.13%提升到18.04%。并且,结果表明在30天的环境条件下(20℃,相对湿度25%),Cs:NiO_x/CuInS₂双HTL比单层CuInS₂有着更好的环境稳定性;在温度85℃,N₂氛围下测试热稳定性30天,双层器件的效率仍保持在55%,而单层CuInS₂器件则下降到了38%,实验结果表明,Cs:NiO_x膜的加入减缓了器件的降解速度,有利于进一步扩展其热稳定性。