在当今能源匮乏的时代,开展新型太阳能电池的研究对于新能源的开发和应用具有重要意义。近年来兴起的一种新型有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池,因其原材料丰富、制备工艺简单、成本低廉、轻质可折叠等而受到大家的广泛关注。目前其效率已经达到22.1%,很有希望取代商业化的晶体硅电池。但是仍然存在很多问题,如许多高效电池是基于正置结构,其中电子传输层Ti Ox往往需要在高温下制备,空穴传输层一般为相当昂贵的2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(Spiro-OMeTAD)或聚三芳胺(PTAA),而且制备工艺复杂,也不适合制备到柔性基底上;另一方面,器件的稳定性没有解决,仍然是制约其产业化的最关键因素。为了解决这些问题,本文是在可通过溶液法、低温条件下制备的倒置平面结构上开展工作,其中涉及以下几种体系的钙钛矿太阳能电池,传统的MAPbI3-xClx和MAPbI3体系、带隙可调的MAPbI3-xBrx体系以及FAPbI3体系,主要通过器件制备工艺的优化、界面修饰和器件结构的设计来提高电池的能量转换效率和稳定性。下面是各章节主要内容简介:第一章:首先介绍了新型太阳能电池研究的必要性和钙钛矿太阳能电池的产生背景;紧接着对钙钛矿太阳能电池做了系统的介绍,包括其发展历史、钙钛矿材料及其特性、器件结构和工作机制、器件的工艺技术、衡量电池性能的主要参数以及钙钛矿太阳能电池的最新进展和发展趋势;最后介绍了本论文的主要研究目的和内容。第二章:主要介绍了在课题研究之初所做的一些基础性工作,包括课题的选取过程;核心原材料碘甲胺(MAI)、溴甲胺(MABr)、碘甲脒(FAI)以及溴甲脒(FABr)的合成;制备钙钛矿层制备工艺的探索,包括一步旋涂工艺和快速结晶法以及表面形貌的控制;标准器件ITO/PEDOT:PSS/Perovskite/PCBM/Ag性能的优化;通过SEM探索不同条件下钙钛矿层表面形貌的变化,通过XRD表征钙钛矿层的结晶状况,以及通过紫外-可见-近红外吸收光谱仪表征钙钛矿层的吸收特性等。所有这些基础性工作,为本人以及本组在钙钛矿领域的研究奠定了坚实基础。第三章:我们基于MAPbI3-xBrx体系的钙钛矿太阳能电池,研究了溶液法制备的2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(BCP)作为阴极界面修饰层对器件性能的影响。研究发现,溶液法制备的BCP可以有效提高钙钛矿太阳能电池的填充因子,从而提高电池的能量转换效率。我们同时与基于蒸镀法制备BCP的器件进行了对比,通过SEM、单电子器件和阻抗特性分析发现,溶液法制备的BCP表现出更好的界面修饰特性,从而使得器件具有更好的性能。第四章:本章主要研究基于FAPbI3体系的钙钛矿太阳能电池。由于FAPbI3体系比传统的MAPbI3(或MAPbI3-xClx)体系具有更加优越的特性,比如更宽的吸收范围、更高的相转变温度以及更好的光稳定性等。因此探索和研究FAPbI3体系的电池对于推进钙钛矿太阳能电池的产业化进程具有非常重要的意义。在本章中,我们在国际上首次制备出了基于倒置平面结构的FAPbI3体系的钙钛矿太阳能电池,并研究了慢退火过程对器件性能的影响。SEM、稳态光致发光和瞬态光致发光数据表明,慢退火过程更加有助于获得高质量的FAPbI3钙钛矿薄膜,从而有助于获得高性能FAPbI3钙钛矿电池。我们还与传统MAPbI3体系的电池进行了对比,发现FAPbI3体系的电池具有较好的器件性能,尤其是短路电流密度,与FAPbI3体系较宽的吸收范围特征相吻合。通过优化,最终我们获得了13.56%的能量转换效率,同时器件具有较好的重复性和光稳定性。这一工作开创了低温制备基于倒置平面结构的FAPbI3钙钛矿太阳能电池的研究。