卤化铅钙钛矿材料具有带隙连续可调、消光系数高以及缺陷容忍度高等优异性质。经过十余年的快速发展,以这种材料为核心的钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells,PSCs)的实验室转换效率已经突破25%,部分性能指标可与传统硅基和薄膜光伏电池相媲美,极具发展潜力。现有卤化铅钙钛矿薄膜制备以低温液相合成为基础,这种工艺流程简单,但所制备的薄膜内部通常存在大量缺陷,导致薄膜内易发生离子迁移,造成器件性能损失和稳定性下降。同时,钙钛矿薄膜与电荷传输层界面处晶格周期性破坏产生大量未配位和低配位离子,使得界面处存在高浓度缺陷,载流子的界面传输效率因此降低。此外,界面处的高缺陷浓度也导致薄膜易与环境水氧作用而变质失活,薄膜和器件的稳定性因此降低。本论文以上述问题为背景,针对钙钛矿薄膜体相缺陷和器件界面缺陷所引起的载流子传输效率损失和器件稳定性差等问题,探索发展了体相离子掺杂和器件上下界面双面钝化修饰的工艺方法,综合提高了器件的光电转换效率和工作稳定性。具体的研究内容如下:(1)钙钛矿光吸收层的碱金属掺杂改性。通过在宽带隙卤化铅钙钛矿薄膜的制备过程中引入碱金属盐碘化钾(KI),有效抑制了钙钛矿薄膜内的离子迁移。研究发现,钾离子(K+)能够进入钙钛矿的晶格间隙,从而阻止钙钛矿晶粒内部的离子迁移。同时,KI可与碘化铅(PbI2)结合成层状K2PbI4,钝化晶界处的缺陷。在这些作用下,宽带隙钙钛矿薄膜的光致相分离现象得以有效抑制,薄膜光照稳定性显著提高。基于KI钝化的宽带隙钙钛矿光伏电池开路电压损失显著降低,器件效率和稳定性明显提升。此外,KI掺杂钝化作用在其他带隙的钙钛矿光伏电池中也展现出良好的普适性。(2)钙钛矿薄膜/空穴传输层的界面性能调控。通过在钙钛矿薄膜/空穴传输层界面处(即正型结构钙钛矿太阳能电池器件的上界面)引入长链烷基溴化物,成功调控并优化了钙钛矿薄膜/空穴传输层界面的性质。研究发现,在三维钙钛矿薄膜表面原位生成的二维层状钙钛矿超薄层不仅能够有效钝化薄膜的表面缺陷,还可以调控界面能级结构,从而促进光生载流子的分离和传输。进一步研究表明,烷基溴化物的烷基链长度会显著影响二维钙钛矿薄层的钝化效果,当使用具有适中链长的己基溴化铵(HABr)时,器件具有最佳的能量转换性能。此外,研究还发现这种二维层状钙钛矿薄层能够阻挡环境水分子向钙钛矿层中的渗透,并抑制空穴传输层中的锂离子(Li+)和钙钛矿层中铯离子(Cs+)向相邻薄膜的扩散,从而使得器件的湿稳定性得以显著提升。(3)钙钛矿薄膜/电子传输层埋底界面性能调控。通过在卤化铅钙钛矿薄膜与二氧化锡(SnO2)电子传输层界面处引入多功能修饰材料L-天冬氨酸钾(PL-A),有效调控了界面能级结构。研究发现,PL-A中的K+离子能够扩散进入钙钛矿薄膜中,形成梯度N型掺杂,优化界面处钙钛矿一侧的能级结构,从而促进载流子在薄膜内的传输。同时,PL-A与SnO2之间的化学吸附作用不仅可以钝化SnO2表面缺陷,还能够保证PL-A的阴离子部分在钙钛矿薄膜生长过程中不会被溶解进入钙钛矿层。计算结果表明,界面处的PL-A可形成取向分布,所产生的附加偶极能够调控SnO2功函数。此外,PL-A中的氮(N)原子可与PbI2发生配位反应,从而钝化钙钛矿薄膜下表面缺陷。在这些作用下,光生载流子在钙钛矿薄膜埋底界面处的非辐射复合得以抑制,器件性能得以显著提升,实现了 23.74%的光电能量转换效率。此外,这种界面修饰工艺在大面积器件制备中也展现出良好的性能提升效果。