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钙钛矿太阳能电池由染料敏化太阳能电池发展而来,其光电转化效率最初只有3.8%。经过多年的迅猛发展,现今效率已经超过25%。钙钛矿太阳能电池发展之快,受到了科学界的广泛关注,成为现今最热门的研究方向之一。在本论文中,我们通过溶胶凝胶法制备了氧化镍空穴传输层,用于替换传统的poly（3,4-ethylenedioxythiophene）:poly（styrenesulfonate）（PEDOT:PSS）空穴传输层,构建了结构为fluorine-doped tin oxide（FTO）/氧化镍/钙钛矿/PC61BM/银的反式结构模型器件,器件的最高光电转化效率达到了 15%左右,并且具有较高的重现性。之后,基于模型器件,我们重点对于富勒烯电子传输层进行设计和优化,致力于解决反式结构钙钛矿太阳能电池中电子传输层的关键技术问题。为了解决富勒烯在紫外光照射下聚合的问题,我们通过制备PC61BM/CeOx双层电子传输层,提高了器件的光照稳定性。我们获得了最高17.35%的光电转化效率,并且器件在潮湿空气中、一个标准太阳光强全光谱光照下1000分钟未见明显性能衰减。为了解决富勒烯高温下结晶的问题,我们设计并引入新的富勒烯衍生物[6,6]-phenyl-C61-propylbenzene（PCPB）,用于抑制 PC61BM 的过度晶化。我们首次生长出两种富勒烯的共晶,证明PCPB和PC61BM之间存在较强的分子间相互作用力,这种相互作用力是提高富勒烯电子传输层热稳定性的关键。结合晶体数据和理论计算,我们分析了 PCPB和PC61BM之间的排列堆积关系。经过优化,我们获得了最高18.48%的光电转化效率,并且器件在氮气下、85℃持续老化表现出500小时的热稳定性。最后,我们合成了一种富勒烯多加成衍生物 hexakis[di（ethoxycarbonyl）methano]-C60（HEMC）作为电子提取剂,用于制备三层电子传输层,以解决钙钛矿体相内和表面的电荷积累问题。酯基官能团保证HEMC在钙钛矿太阳能电池常用溶剂（N,N-二甲基甲酰胺和异丙醇）中具有足够溶解度的同时,与钙钛矿中未配位的铅之间存在路易斯碱-酸作用力。HEMC的引入进一步加强了钙钛矿体相到表面的电荷提取,从而抑制电荷积累所导致的离子迁移。在大幅提高器件稳定性的同时,基于这种三层电子传输层,我们将器件的光电转化效率进一步提高至20%左右。在积累了富勒烯电子受体材料设计和电子传输层制备的经验之后,我们希望能够对适用于钙钛矿太阳能电池的富勒烯基电子传输层材料进行总结。后期我们通过设计、合成了多种系列的富勒烯电子受体材料,对它们的单晶、电子性质、器件性能等进行逐一表征,初步总结适用于反式结构钙钛矿太阳能的富勒烯基电子传输层材料的设计要求和混合富勒烯电子传输层的组分要求,这部分工作还有待进一步完善。相信本论文所积累的这些经验将为我们今后探索、设计其他性能更优越的富勒烯电子受体材料奠定了基础。