钙钛矿太阳能电池是《科学》杂志评选的2013年度十大科技突破之一,是一种有望进一步降低光伏发电价格的新型光伏体系,具有很强的商业化潜能。它代表了当今的科学技术变革之一,因为它拥有像有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池一样质量轻盈,可弯曲且可以使用溶液旋涂法低成本制备的特性,因此吸引了学术界和工业界的大量关注。钙钛矿太阳能电池的效率在短短9年内从3.8%迅速提高到22.7%,如今可以与硅太阳能电池的效率相媲美。如此高的效率得益于有机无机杂化钙钛矿半导体特殊的光电特性,如拥有较强的光吸收系数,合适的带隙,较长载流子寿命、较长的扩散长度、高的电子/空穴迁移率以及很小的激子结合能。通过调节元素组成,薄膜结晶过程,界面和器件结构等方式,钙钛矿太阳能电池的效率得到了快速的提升,接近了其理论效率上限。钙钛矿要想实现真正意义的商业化,器件稳定性是目前亟待解决的问题,同时也需要进一步提升器件性能与拓宽应用范围,增加其商业化潜力。本文主要讨论了钙钛矿太阳能电池的研究背景、制备了高性能钙钛矿太阳能电池并研究了界面衰减机制以及氧化PCBM界面层,提高开路电压的机理以及制备半透明钙钛矿太阳能电池,希望通过这些研究能够对钙钛矿太阳能电池商业化有些许推动作用。1、简要概述了太阳能电池的研究背景与意义、太阳能电池分类以及太阳能电池工作的原理。详细介绍了钙钛矿太阳能电池研究现状,主要从钙钛矿材料的结构、钙钛矿太阳能电池的结构、钙钛矿太阳能电池的工作原理以及钙钛矿太阳能电池的界面修饰几个方面进行了论述。指出了目前钙钛矿太阳能电池研究所面临的挑战,商业化道路上的阻碍,最后介绍了论文的研究目的和创新之处。2、采用光束感应电流(LBIC)方法对结构完整的有机无机杂化平面钙钛矿太阳能电池(PSCs)进行无损扫描。研究发现:即使扫描电子显微镜(SEM)或原子力显微镜(AFM)测试的钙钛矿薄膜形貌显示出均匀的特性,但LBIC扫描结果显示器件的光电响应并不均匀。经过一段时间,器件光电响应的这种不均匀性会进一步加剧,可以通过LBIC方法很好地进行追踪。跟踪发现器件在前期衰减过程中,形貌变化并不明显,表明器件的衰减不是由钙钛矿层形貌变化决定的,而钙钛矿与电极之间的界面衰减对性能影响更大。通过使用LBIC方法,还找出器件性能较差的区域并相应地将其移除,在切除性能较差的区域后,器件电流密度可从19.44 mA/cm~2提升到21.72 mA/cm~2。3、我们提出用PCBM界面层的氧化来提升基于PEDOT:PSS做空穴传输层,PCBM做电子传输层的倒置有机无机杂化平面结构钙钛矿太阳能电池的开路电压。PCBM层经过简单氧化,电池开路电压可以从开始的0.93 V提高到1.05 V,进而效率由14.22%提升到16.45%。如此高的提升得益于PCBM经过氧化后降低了电荷复合速率,提高了电荷在界面间的输运。使用紫外光电子能谱测试,我们发现氧化作用改变了PCBM的能级结构,使其功函数偏移了0.12 V。4、这里我们使用热蒸发碘化铅薄膜,两步法制备半透明钙钛矿薄膜。XRD与SEM表明通过热蒸发碘化铅制备的钙钛矿薄膜与传统两步法制备的钙钛矿薄膜相比,结晶性更好,晶粒很大,且表面光滑均匀。制备出的半透明电池达到了7.14%光电转化效率,性能还需进一步优化。本文主要讲述了为了推动钙钛矿太阳能电池商业化进展,我们所做的一些关于界面的工作,分别从三个不同方面简述了我们的工作对钙钛矿太阳能电池商业化的意义。