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基于有机、钙钛矿半导体材料的有机/钙钛矿太阳能电池具有轻质、廉价、可溶液加工的特点,且在可穿戴能源等方面应用展现出了巨大市场空间,近年来受到了广泛关注。目前,有机/钙钛矿太阳能电池的光电转换效率(PCE)得到了快速提升,钙钛矿太阳能电池(pero-SCs)的最高PCE已经超过24%,而有机太阳能电池(OSCs)的PCE也已经超过17%。器件效率的快速发展离不开活性层材料的不断开发以及器件制备工艺和器件界面工程的优化。其中,电池中各功能层界面对器件内部载流子的抽提和复合、缺陷态钝化、稳定性以及对太阳光的利用率均起着关键性作用。因此,如何对有机/钙钛矿太阳能电池的各功能层界面进行调控是实现高性能有机/钙钛矿太阳能电池的关键。基于此,本论文针对器件界面层的能级结构缺陷,界面离子缺陷等方面从分子层面上设计合成和选用界面层材料,对有机/钙钛矿太阳能电池器件界面实现精准调控,成功制备了高效高稳定性的有机/钙钛矿太阳能电池。除此以外,我们还通过光学界面的调控成功制备了彩色柔性半透明OSCs(ST-OSCs),拓展了这类太阳能电池的应用。具体研究内容如下:(一)通过设计合成两亲性富勒烯衍生物PCBB-OEG,并将其作为活性层添加剂应用在钙钛矿活性层制备当中,实现了电子传输层界面能级梯度分布,促进了光生电子的传输和抽提。同时PCBB-OEG还可以作为分子模板精准控制钙钛矿晶体的结晶速率,得到了大尺寸、高结晶度、强取向晶粒的高质量钙钛矿晶体薄膜。由于PCBB-OEG具有优异的传输性能,我们还将其作为添加剂优化了电子传输层PCBM。最终以此高质量且具有能级梯度分布的钙钛矿薄膜为活性层,以具有强抽提和传输性能的PCBM:PCBB-OEG为电子传输层制备了平面p-i-n型pero-SCs,获得了高达20.49%的PCE(PCE)。不仅如此,由于PCBB-OEG分子能够与钙钛矿形成氢键的相互作用,稳定钙钛矿晶粒;较快的光生电子的抽提和传输,减少了钙钛矿内部超氧化物的形成,提高了器件的氧稳定性。通过两者的协同作用,器件稳定性得到了大幅度提升,未封装器件在温度为25 ℃,湿度为50%的大气环境中放置60天,PCE仅仅降低了 2%。(二)通过引入本体异质结有机半导体PBDB-T:ITIC薄膜作为PEDOT:PSS空穴传输层与窄带隙(FASnI3)0.6(MAPbI3)0.4钙钛矿活性层的中间层,优化了p-i-n型窄带隙pero-SCs的空穴传输界面。研究发现,PBDB-T:ITIC薄膜的引入可以帮助器件构筑梯度分布的能级结构、促进高质量钙钛矿薄膜的生长、钝化钙钛矿薄膜的表面缺陷态。基于三者的协同作用,首次实现锡掺杂钙钛矿太阳能电池器件PCE突破18%,其中开路电压高达0.86 V,能量损失仅为0.39 eV。(三)针对p-i-n型pero-SCs最常用的空穴传输材料PTAA所具有的低迁移率和低电导率的问题,我们将高结晶性小分子BDT-Si作为分子添加剂应用到PTAA薄膜中,调控了空穴传输层薄膜分子排列。研究发现由于BDT-Si的高结晶性,有利于促进PTAA分子的有序排列,减小了薄膜的无序能,进而增加了迁移率和电导率,促进了界面的空穴抽提和传输。不仅如此,由于无序能的降低,薄膜的带尾态得到了降低,优化了器件能级结构。最终,基于PTAA:BDT-Si制备的pero-SCs器件PCE高达21.61%。此外,由于空穴传输层薄膜光照稳定性的增加,器件的工作稳定性也得到了提高,在连续工作500小时后,仍能保持器件原始效率的80%。(四)通过调控ST-OSCs器件光学界面,成功制备了面向应用的高效彩色柔性ST-OSCs。我们将Au作为种子引入到超薄Ag的制备当中,得到了平整度高、面电阻小且透光率较高的Au/Ag复合透明顶电极。将该电极应用于不同材料体系的ST-OSCs器件的制备中,均取得了较高的PCE,证明了其通用性。为了进一步提升器件的效率而不牺牲透光率,并且得到彩色ST-OSCs,我们引入了一维介电镜(DMs),在提升器件效率的同时调控了 ST-OSCs的颜色。以PTB7-Th:PC71BM为活性层,结合6层DMs获得了 PCE为7%的ST-OSCs。进一步,以前期开发的商业化PET/Ag-mesh/PH1000柔性透明电极为底电极,制备了柔性彩色半透明太阳能电池,器件PCE高达6.4%,透光率为11.5%。