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作为发展最快的光伏技术之一,钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其高功率转化效率(PCE,25.2%)的优势而引起了光伏领域的巨大兴趣,但是成本和稳定性的问题限制了 PSCs的商业化发展。碳基钙钛矿太阳能电池(C-PSCs)呈现出低成本和高稳定性的特点,因此成为最有希望解决PSCs两大问题的方案之一。本论文针对C-PSCs中存在的一系列问题,对电池器件的电子传输层(ETL)、钙钛矿层、电极层和集成工艺进行开发优化,以制备出低成本、高性能的PSCs。具体研究内容如下:(1)使用富勒烯(C60)取代常用的TiO2电子传输层,开发出一种结构为FTO/C60/MAPbI3/carbon的无空穴传输材料(HTM)的全碳基PSCs。C60 ETL可以提高ETL/钙钛矿界面的电子提取能力,减少界面处的电荷复合和电荷传输紊乱现象,基此集成的全碳基PSCs器件实现了 15.38%的光电转换效率。同时,该全碳基PSCs器件在空气中测试20天或者光照测试180小时后,均能保持95%的器件稳定性。进一步,我们使用石墨烯透明电极制备的全碳基PSCs,也实现了 12.67%的效率。(2)使用n型掺杂剂溴化六甲铵(HMB)对C60 ETL进行掺杂调控,实现了 C60 ETL的低温溶液法制备,HMB的掺杂还增强了 C60 ETL的电子迁移率和电导率。进一步构筑的电池结构为ITO/HMB-doped C60/CH3NH3PbI3/carbon的C-PSCs器件,实现了 16.03%的效率,其高于未掺杂的 C-PSCs 器件(12.22%)。此外,基于 HMB-doped C60 的 C-PSCs器件在空气条件下测试60天后,仍能保持82%的空气稳定性;在持续光照测试338小时后,可保持90%的光稳定性。(3)将短碳链的2D钙钛矿组分EA引入到3D MAPbI3钙钛矿中,制备出一系列以(EA)2(MA)n-1PbnI3n+1为通式的2D-3D杂化钙钛矿。当取n=20、10和6时,所制备的三种2D-3D杂化钙钛矿的薄膜稳定性相比于3D MAPbI3钙钛矿均得到提升。当取n=6 时,结构为IO/C60/(EA)2(MA)5Pb6I19/carbon的C-PSCs器件实现了11.88%的效率。在器件稳定性测试中,n=6的电池器件在空气条件下测试2160小时后,可保持93%的空气稳定性;在80℃加热条件下测试100小时后,可保持80%的热稳定性;持续光照测试300小时后,可保持92%的光稳定性。(4)将多壁碳纳米管(MWCNTs)掺杂到FAxMA1-xPbIyBr3-y钙钛矿中,在空气条件中制备出钙钛矿薄膜。MWCNTs可以作为模板辅助钙钛矿的结晶,促使其形成致密且大尺寸的钙钛矿晶粒。同时,钙钛矿薄膜的SEM形貌和与水的接触角测试结果表明,少量MWCNTs暴露在钙钛矿薄膜的表面,在一定程度上可以阻止水气对钙钛矿薄膜的侵蚀,从而增强了钙钛矿薄膜的空气稳定性。基于MWCNTs掺杂的FAxMA1-xPbIyBr3-y钙钛矿,在全空气条件下制备得到C-PSCs,其PCEs分别达到16.25%(0.08 cm2)和12.34%(1.00 cm2)。而且,该C-PSCs器件在空气条件下测试22周后仍能保持93%的器件稳定性。(5)通过顺序旋涂工艺制备出1D-2D银纳米线-石墨烯(AgNWs-G)复合透明电极,其取代了 C-PSCs中昂贵的ITO电极。覆盖在AgNWs薄膜表面的石墨烯降低了电极薄膜的粗糙度,同时石墨烯薄膜的完全覆盖还可以防止AgNWs降解。通过优化,致密光滑的AgNWs-G-2薄膜在透过率达到86%的同时,实现了比ITO(13.5Ω sq-1)更低的方阻(Rs,11.0Ωsq-1)。与原始的AgNWs薄膜相比,AgNWs-G-2薄膜在高温和连续光照条件下,都显示出优异的Rs稳定性。最后,我们制备了结构为AgNWs-G/SnO2/perovskite/carbon 的低成本 C-PSCs,实现了 15.31%的效率和60天88%的空气稳定性。