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钙钛矿太阳能电池已经在短短几年时间内迅速成为下一代薄膜光伏电池最有希望的候选者之一。目前钙钛矿太阳能电池的认证光电转换效率超过20%,接近了薄膜电池的最高的光电转化效率。然而,钙钛矿电池进一步效率的提高、迟滞问题以及不稳定性仍然限制了钙钛矿电池的产业应用。本论文的工作主要集中在通过化学分析和界面改性实现高效稳定的钙钛矿电池器件组装。全文由八章内容组成,各章内容如下:第一章:首先介绍了钙钛矿电池的基本原理以及发展历程,总结钙钛矿电池存在的主要问题、已经报道的解决方案以及一些未解决的问题,提出本论文的研究目的、意义以及相应的思路。第二章:通过硫醇界面修饰提高了钙钛矿太阳能电池性能和稳定性。利用HOOC-Ph-SH修饰TiO2/钙钛矿界面,促进生长较大的钙钛矿晶体并增强光生电子从钙钛矿转移到TiO2,从而提高了电池的光电转化性能。此外,通过疏水硫醇(例如HS-PhF5)修饰钙钛矿/空穴传输层界面显着提高钙钛矿太阳能电池在空气中或在光照射下的稳定性。第三章:硫醇化纳米石墨烯分子直接作为空穴传输层进一步提高了钙钛矿电池的稳定性。我们合成了硫醇化纳米石墨烯分子,并将其直接作为空穴传输材料组装钙钛矿电池,由于纳米石墨烯分子的疏水性质,组装的电池器件具有较高的稳定性。进一步将商业石墨烯掺杂到纳米石墨烯层,可以进一步提高电池的性能。第四章:本章设计合成了两种新型的基于含有S、N喹啉类有机分子,并将它们直接作为空穴传输材料组装钙钛矿电池。最终最优电池器件实现了 13%的光电转化效率,而且表现出相对较高的稳定性。由于相应器件的稳定性还是不够高,特别是相应电池器件的性能相对比较低。接着将硫脲修饰钙钛矿上层,再加热使得在钙钛矿上层原位生长一薄层p型半导体PbS无机保护层,如此修饰可以在钙钛矿表面原位生成PbS层,通过Pb-S键实现界面电荷的有效提取,PbS层进一步有效传输,从而实现高效的电池组装,同时由于原位形成的PbS层对下层钙钛矿层的有效保护,从而大幅提高电池的稳定性。第五章:相对石墨烯来说,表面清洁的Pd纳米片具有更高的导电性能,因此我们合成了表面清洁的Pd纳米片,并将其掺杂到空穴传输层中,仅需微量表面清洁的Pd纳米片掺杂就可以显著的提高钙钛矿电池整体光电转化性能。第六章:为了进一步提高电池的效率,研究发现给钙钛矿前驱体溶液中引入DMSO可以得到高质量的钙钛矿薄膜,从而实现优异的光电转化性能,但是详细的化学反应过程仍然不清楚。本章通过捕获一系列的中间体结构,基于深入的分析理解,我们发展了一种新型制备高质量钙钛矿薄膜的工艺,基于CH3NH3PbI3的电池器件的最佳效率高达19.0%。与传统的制备工艺相比,该工艺得到薄膜组装的相应电池器件具有更高的效率和重复性。第七章:尽管钙钛矿电池已经达到了较高的光电转化效率,但是迟滞和稳定性问题仍然是两大难题。常用的TiO2电子传输层具有较低的电子传输能力,从而造成电子传输层/钙钛矿层界面处电荷的积累,加大电池的迟滞;而ZnO具有较高的电子传输能力,但是ZnO表面显碱性,很容易将钙钛矿中有机阳离子中的质子夺取,破坏钙钛矿结构,因此解决ZnO/钙钛矿界面稳定性以及进一步加快该界面电子的提取和传输,释放电池迟滞将是一大难题。本章中我们利用MgO桥连的分子内质子化乙醇胺修饰ZnO表面,从而实现了高效、无迟滞的电池组装,同时电池的稳定性也得到了大幅提高。研究发现光产生的热也可以导致钙钛矿电池的衰减,我们进一步利用高疏水、导热的石墨烯对钙钛矿电池进行封装,实现了高效稳定的电池组装。第八章:对本论文进行总结以及以后工作展望。