一维TiO2纳米棒阵列因其具有垂直于基底的直接电子传输通道、高载流子迁移率、与有机无机杂化钙钛矿(CH3NH3PbX3,其中X为Cl、Br、I等卤素)晶体匹配的合适能带位置和带隙、较稳定的物理化学特性,在新型钙钛矿太阳能电池(PSC)中得到了广泛的应用。本论文采用传统的水热法制备的金红石相TiO2纳米棒阵列作为电子传导材料和负载钙钛矿晶体的支架,组装PSC器件,并研究了 TiO2纳米棒采用不同的表面与界面处理对电子传导阵列支架微结构和组装电池光电性能、抑制正反扫回滞现象、提高器件稳定性的影响,对提高PSC的光电性能与稳定性,促进其产业化发展具有重要的意义。具体研究内容如下:1.以FTO为衬底,采用TiC14溶液水浴处理获得TiO2致密层,通过致密层诱导、水热生长获得高度有序的TiO2纳米棒阵列,引入致密层后,组装器件的能量转换效率相比未处理的电池从7.48%提高到11.10%。以高度有序的TiO2纳米阵列为基础,详细研究了 TiO2纳米阵列厚度对器件光电性能的影响,发现TiO2纳米阵列在厚度为500 nm时,纳米阵列在负载更多钙钛矿以增大光俘获和更多的电子有效扩散到TiO2/钙钛矿界面之间达到最佳平衡,组装电池的效率达到12.97%。在优化致密层和TiO2纳米阵列厚度的基础之上,采用不同浓度的TiCl4溶液对TiO2纳米阵列表面进行水浴处理引入TiO2纳米颗粒,不仅增加了纳米阵列的比表面积,提高了纳米阵列中钙钛矿晶体的附着,而且改善了钙钛矿晶粒与电子传导材料的物理接触,减少了纳米棒间的缝隙,有效抑制了载流子的复合,器件的短路电流密度和光电性能得以提升。经过浓度为0.1 M的TiC14溶液处理之后,组装得到的PSC器件光电性能最优,短路电流密度从20.50 mA/cm2提升到22.88 mA/cm2,能量转换效率从12.97%提升到15.11%。2.充分利用PCBM的高电子传导性和对TiO2与钙钛矿晶体良好的浸润性,通过PCBM氯苯溶液对TiO2纳米棒阵列进行表面修饰,发现纳米阵列经过适当浓度的PCBM溶液处理之后不仅光电性能有提升,而且能明显抑制器件正反扫回滞现象。对TiO2纳米棒阵列采用PCBM浓度为15mg/ml处理时,组装器件的光电性能最优,从未处理时的13.82%提高到15.36%(反扫效率)。经过PCBM处理之后,电池正反扫效率差异平均从未处理前的34.9%降低到处理后的11.7%。光电性能的提升和正反扫回滞现象的抑制主要归因于PCBM引入后,电子传导支架与钙钦矿晶体之间能形成更好的界面接触,有效降低了界面缺陷和界面处的电荷积累,因而组装器件的填充因子明显增强,体系电阻降低,器件性能得以提升。3.从提高PSC器件稳定性的角度出发,对TiO2纳米棒表面引入了宽带隙、导带比TiO2更负的SiO2薄壳层,钙钛矿吸光后产生的电子可以通过隧道效应隧穿SiO2薄层注入到TiO2纳米棒中,而SiO2引入形成的能量势垒又有效地阻止了电子的回传,达到抑制界面复合的目的。与此同时,TiO2自身固有的亲水性和催化活性可能造成对钙钛矿晶体的降解,而SiO2对TiO2纳米阵列的包裹,有效地隔绝了来自TiO2端的水汽,器件的稳定性明显提升。当TiO2纳米阵列在SiO2溶胶中浸泡2 h时,组装PSC器件开路电压达到1.05 V、短路电路密度为21.75 mA/cm2、填充因子为73.72%,能量转换效率相比未处理前提高了 14.7%,达到16.82%。放置在大气氛围中4个星期后,依然保持了 96%的初始效率,展现了很好的稳定性。