太阳能电池能够有效利用新型清洁、可靠、可持续、安全的绿色太阳能能源，是新能源研究领域的热点之一。近年来，具有低成本、低耗能、可弯曲、易大规模生产等特点的有机太阳能电池受到广泛关注。其中，基于有机-无机杂化卤化铅钙钛矿材料的太阳能电池由于其优异的能量转化效率成为未来替代无机太阳能电池的新一代太阳能电池器件，具有广阔的发展前景。然而，钙钛矿太阳能电池存在的光敏层材料稳定性不佳和器件工作稳定性不高等问题阻碍其进一步工业化应用。钙钛矿太阳能电池中光生电子的有效分离、转移和传输过程是决定电池器件性能的关键，对于这些问题的深入研究与理解是获得更高性能电池器件的基础。
　　具有优异电学性质的低维碳纳米材料被广泛用于增强有机太阳能电池器件性能，并取得了良好的效果。但对于新型低维碳纳米材料在其中起到的关键作用及内在机理的认识尚不完善。本文首先研究了碳纳米材料对于增强有机荧光材料光电特性的作用机理，以此为指导采用新型一维富勒烯衍生物材料对钙钛矿太阳能电池中光敏层薄膜进行优化，获得了高性能钙钛矿太阳能电池器件，为提高钙钛矿太阳能电池的能量转化效率及工作稳定性提供了新思路。本文的出发点和研究结论如下：
　　(1)有机荧光材料的光稳定性差是获得长期稳定太阳能电池器件的瓶颈，对于材料光降解机理的理解是提高有机荧光材料的光稳定性的基础。本文研究了还原的氧化石墨烯rGO对荧光聚合物MEH-PPV的荧光淬灭作用，综合光谱表征分析确定了复合物中光生电子在两者界面处的转移过程。通过对比相同光照条件下荧光聚合物的光谱变化，发现rGO的引入能够显著提高荧光聚合物分子的紫外光稳定性，进而提出荧光材料中光生电子快速转移至碳材料的过程抑制了荧光材料化学降解反应中超氧自由基的形成，实现对荧光材料光稳定性的有效增强。
　　(2)为了进一步增强荧光材料光电转移特性，通过碳材料功能化设计，本文合成了一种纳米Ag-石墨烯复合材料AGC。通过研究其对于荧光聚合物MEH-PPV的荧光淬灭作用，我们发现复合材料中纳米Ag独特的局域表面等离子体共振(LSPR)效应和石墨烯优异的电子传输特性协同增强了荧光聚合物MEH-PPV中光生电子的产生和光生电子向AGC复合材料的转移。碳纳米材料的功能化设计是有效增强荧光材料光电特性的途径。
　　(3)在光电转化过程中，如何实现光生激发态电子的快速转移是获得高性能太阳能电池器件的关键，本文研究了材料间的直接结合对电子转移过程的重要作用。文中采用一步溶剂热法制备得到不含稳定剂的荧光石墨烯量子点GQDs和纳米Ag复合物。在纳米AgLSPR效应作用范围内，GQDs的荧光量子产率从0.38%增强到16.3%且具有长期稳定性。GQDs与纳米Ag的直接结合促进了Ag纳米颗粒中光生热电子的快速转移过程，最终增强了GQDs本身的荧光特性。通过对荧光增强机理的讨论，我们提出材料间直接结合对于促进光生电子快速转移过程的重要意义。
　　(4)在有机-无机钙钛矿型(CH3NH3PbI3)太阳能电池中，对于光敏钙钛矿材料光生电子的有效利用和对材料界面缺陷的钝化处理是获得更高效、稳定电池性能的关键。本文基于上述掌握的增强荧光材料光稳定性和光电转移特性的机理，首次提出一种一维PCBM纳米棒材料应用于CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池。实验结果表明，PCBM特殊的一维纳米棒结构以及PCBM与CH3NH3PbI3材料中界面缺陷的有效结合等特点，一方面能够提高CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜颗粒尺寸、结晶性、致密性以及光吸收特性，另一方面能够诱导形成条纹状表面形貌及双连续体异质结结构薄膜并对其界面缺陷起到钝化作用。这些优点能够有效增强CH3NH3PbI3薄膜的光生电子分离、转移和传输效率及隔绝水分子与氧分子从界面缺陷处对CH3NH3PbI3材料的分解反应。相比于纯CH3NH3PbI3钙钛矿电池器件，含有一维PCBM纳米棒添加剂的电池器件具有15.30%的高能量转化效率且器件在大气条件下具有更高工作稳定性。
　　(5)开发了一种制备形貌可控的碘化铅材料(S-PbI2)的方法，通过调节反应体系中醋酸水溶液的质量分数而达到控制形貌的目的。相比于商用碘化铅，S-PbI2具有规则六方晶体结构和光滑表面，且颗粒尺寸分布较均一。通过优化CH3NH3PbI3薄膜制作工艺制作的CH3NH3PbI3钙钛矿电池器件最高能量转化效率达13.44%。本工作初步探索了PbI2材料的形貌对于获得更高效钙钛矿太阳能电池器件的潜在应用。