摘要
第三代钙钛矿基太阳电池效率不断取得突破，目前已达到24%以上，这取决于钙钛矿材料突出的光学和电学特性。太阳能电池经历了漫长的发展过程，是如今不可忽视的可再生清洁能源，业界纷纷期待着钙钛矿太阳能电池实现商业化生产。无空穴传输层电池不需要使用昂贵的空穴传输层（如Spiro-MeOTAD）和贵金属电极，具有稳定性好和使用寿命长、成本低等显著优势。因此本研究选择具有优异的热学和高化学稳定性的CsPbBr3钙钛矿材料，制备以TiO2/CsPbBr3/碳电极为基本器件结构无空穴传输层电池。 通过对CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的电子传输层和光吸收层进行改性，提高太阳能电池的光伏性能。利用X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、场发射电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（HRTEM）、紫外可见吸收光谱（UV-vis）、稳态荧光发射光谱（PL）和瞬态荧光光谱（TRPL）对研究材料分析表征，利用J-V特性测试系统和交流阻抗（EIS）对电池器件的光电性能表征，主要研究如下： (1)对CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的TiO2电子传输层改性研究。采用界面工程技术，利用PbS胶体量子点修饰TiO2/CsPbBr3之间界面，构建介孔-平面异质结杂化结构的钙钛矿太阳能电池。介孔TiO2经过旋涂不等量的量子点，得到不同形貌TiO2/PbS光阳极，适量PbS胶体量子点修饰TiO2/CsPbBr3界面能改善CsPbBr3钙钛矿薄膜质量。对不同的钙钛矿太阳能电池的光伏性能进行表征，结果表明，PbS胶体量子点在介孔TiO2沉积一个周期（PbS-1）太阳能电池的光电转换效率达到5.04%，是未经修饰（PbS-0）太阳电池光电转换效率（2.45%）的2倍左右。 (2)通过元素掺杂技术对CsPbBr3钙钛矿材料进行改性研究。通过掺杂不同浓度SnBr2制备Pb-Sn二元钙钛矿薄膜，对掺杂前后钙钛矿薄膜进行表征。结果表明，掺入离子半径更小的Sn2+后，晶格收缩，钙钛矿结构更稳定。掺杂浓度为0.5%SnBr2的CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提高到3.23%，改性后钙钛矿薄膜表现出较好稳定性。 (3)采用Cu2+、Zn2+、Mn2+过渡金属离子（Transition Metal:TM2+）添加剂，对CsPb0.995Sn0.005Br3钙钛矿材料改性研究。比较Pb-Sn二元钙钛矿和Sn与不同过渡金属元素共掺后制备的Pb-Sn-TM三元钙钛矿薄膜晶体结晶性能和光电性能差异。结果表明，Pb-Sn-TM三元钙钛矿太阳能电池光电转换效率均有所提高，其中Pb-Sn-Mn为5.43%，比Pb-Sn二元钙钛矿太阳能电池（3.23%）提高了1.68倍。一方面是因为钙钛矿晶体结构更稳定，另一方面是因为掺入过渡金属离子添加剂Pb-Sn二元钙钛矿薄膜质量得到改善，有效抑制空穴-电子复合。30天内Pb-Sn二元钙钛矿太阳能电池光电转换效率下降了22.6%，而Pb-Sn-Mn三元钙钛矿太阳能电池仅下降了12%，表现出良好稳定性。
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