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新型薄膜太阳能电池，包括染料/量子点敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池(PSCs)，以其潜在的低成本，简单的制备工艺和相对较高的光电转换效率(PCE)等优势赢得了科研工作者的广泛关注。电池光阳极中的电子传输，对电极材料的界面电荷转移、催化功能及稳定性，是影响敏化太阳能电池和PSCs光伏性能的重要因素。另外，对电极材料的选取也是影响电池生产成本的关键。三维网络结构石墨烯(GFs)具有优异的导电性，丰富的网络结构以及大的比表面积等优势。这些优异且独特的结构特性使得GFs在敏化太阳能电池和PSCs领域具有巨大的应用潜力。基于前期课题组内利用氧化石墨，有机酸钠盐或富马酸/Na2CO3为原料通过一步快速热解法合成GFs的研究，本课题围绕GFs的调控，电池中电子传输与界面电荷转移为出发点，系统深入研究GFs在不同类型太阳能电池中的作用功能，以设计和开发高效廉价且稳定的电极材料，提高太阳能电池的光伏性能。具体的研究工作和结论如下: (1)采用乙酸钠功能化分子，即氯乙酸钠经过一步快速热解过程可以合成同时具有大比表面积和高产率的GFs。氯乙酸钠中的氯元素在快速热解过程中可有效促进石墨烯形成并有利于比表面积扩展，使得合成的GFs产率可达30％且比表面积高达1018m2g-1，其产率和比表面积远高于由乙酸钠合成的GFs。此外，以富马酸和Na2CO3为原料，添加含氮前驱体（尿素），可实现GFs合成过程中实时的氮掺杂，所得氮杂网络结构石墨烯(N-GFs)的氮构型以吡咯氮为主，且具有高的比表面积(1149m2 g-1)。 (2)将GFs引入敏化太阳能电池的TiO2光阳极，GFs优异的导电性和独特的各向同性的电子传导功能，有利于促进电子在光阳极的输运，其在电池光阳极中较2D石墨烯(GS)体现出更为优异的电子捕获和传导作用，增强了电子在TiO2光阳极中的有效传输，从而降低了光生载流子的复合损失，使得基于GFs/TiO2光阳极的敏化太阳能电池的PCE高于基于GS/TiO2光阳极的电池。 (3) GFs对电极对染料敏化太阳能电池(DSSCs)碘电解质中的I3-/I-氧化还原电对具有高效的催化作用，同时可有效地促进电解质离子的扩散，其扩散能力远高于Pt和GS对电极，使得基于GFs对电极DSSCs的PCE可达6.15％，显著高于基于GS对电极的DSSCs(3.60％)，并接近基于Pt对电极的DSSCs(6.71％)。此外，研究显示，当GFs中加入少量Pt(10 wt％)，GFs能够高效分散Pt纳米颗粒以提高Pt的利用效率从而减少其用量，且GFs和Pt通过协同作用提高GFs-Pt电极的催化活性，基于GFs-Pt复合对电极DSSCs的PCE进一步提升至7.26％，高于基于Pt对电极的DSSCs。 (4) GFs对电极对量子点敏化太阳能电池(QDSSCs)硫电解质中的Sn2-/S2-氧化还原电对具有高效的催化作用和扩散能力，显著优于Pt和GS对电极，同时GFs也可作为良好的载体以均匀生长和高效分散CuS，使得GFs-CuS具有GFs的结构优势以及更多有效的催化反应位点，两者通过协同作用可显著提升GFs-CuS对电极对多硫电解质的催化功能。基于GFs对电极的QDSSCs的PCE达到3.72％，明显高于基于GS对电极(2.61％)和Pt对电极(3.18％)的QDSSCs，与基于纯CuS对电极的QDSSCs接近(3.75％)。而基于GFs-CuS复合对电极QDSSCs的PCE高达5.04％，比基于GS-CuS复合对电极的QDSSCs高约21％。此外，研究显示基于GFs-CuS复合对电极QDSSCs的稳定性显著高于Pt和纯CuS对电极。 (5)构建基于N-GFs对电极结构的PSCs(TiO2/CH3NH3PbI3/N-GFs)，N-GFs具备有效收集CH3NH3PbI3界面空穴的作用功能，同时可有效地抑制CH3NH3PbI3界面电荷的复合，基于N-GFs对电极PSCs的PCE可达9.08％。因此，N-GFs可作为有效的PSCs对电极材料，能够有效地替代昂贵的有机空穴传输材料以及贵金属电极，也为构筑高效廉价的碳基PSCs提供必要的科学依据。 (6)在研究过程中发现，4-叔丁基吡啶(TBP)对PSCs中的钙钛矿光活性物质具有一定的腐蚀作用，但是TBP通常为PSCs的有机空穴传输材料(HTM)中的重要添加物质，因此，研究TBP在PSCs中的作用机制至关重要。研究显示，通过调变TBP结合位置能够更有效地抑制PSCs中电子的背反应，促进光生电子的正向传输，同时还可在一定程度改善对光活性物质的稳定性，进而提高基于该结构(TiO2/CH3NH3PbI3/TBP/HTM/Au) PSCs的光伏性能，其PCE最高可达13.15％。