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钙钛矿太阳电池(perovskite solarcells,PSCs)近年来取得了飞速发展,这主要得益于钙钛矿材料优异的光伏特性,包括可调节的带隙、长载流子扩散长度、以及高吸光系数等。钙钛矿家族中,全无机钙钛矿因具有优异的热稳定性和良好的光电特性近年来备受关注。全无机钙钛矿太阳电池在光电转换效率(PCE)上取得了快速发展,但是由于全无机钙钛矿材料在室温条件下极易发生相变而导致器件性能的衰减,这在一定程度上限制了其商业化进程。本论文围绕提高全无机钙钛矿材料室温稳定性及太阳电池光电性能等方面开展了研究,从设计全无机钙钛矿材料角度出发,目的在于探寻钙钛矿材料晶体结构与其热力学稳定性的关系,在保证器件优良的光电性能同时有效提高其环境稳定性。首先,提出了一种低温下制备稳定CsPbI3-xBrx(x<1)薄膜的方法。通过将过量的溴化铯(CsBr)添加到CsPbI3前驱体溶液中,诱导CsPbI3晶格中产生微应变,从而在低温120℃下得到稳定的立方CsPbI3-xBrx相。CsBr的引入将部分Br-掺杂进CsPbI3晶格中,其余Br-则进入到CsI的晶格中形成CsI1-yBry。通过高分辨透射电镜(HRTEM)的表征,观察到CsI1-yBry分布于立方结构的CsPbI3-xBrx周围,使CsPbI3-xBrx晶粒尺寸限制在几十纳米尺度内。晶粒尺寸的减小能够有效降低CsPbI3-xBrx晶格的吉布斯自由能,从而提高CsPbI3-xBrx在室温下的热力学稳定性。结果表明,一定浓度的CsBr的引入可以有效地提高CsPbI3-xBrx结晶性能,改善薄膜质量,钝化薄膜中的缺陷。当CsBr浓度为0.5 M,制备PSCs可实现10.92%的光电转换效率。该工作为低温下制备全无机钙钛矿太阳电池的提供了一种有效的方法。在获得CsI1-yBry/CsPbI3-xBrx体系的基础上,采用一定程度的水分对薄膜进行处理,通过水分和CsBr的协同作用,改善了 CsI1-yBry/CsPbI3-xBrx薄膜的结晶性能,从而获得了高质量的薄膜和优良的光电性能。HRTEM结果表明,随着水分处理时间的延长,CsI1-yBry/CsPbI3-xBrx晶体结构存在由CsI1-yBry逐渐向CsPbI3-xBrx的转变过程。分子动力学模拟表明,在水分子诱导下,CsI1-yBry/CsPbI3-xBrx界面处发生离子运动,界面附近的Pb2+会与CsI1-yBry中的I-或是Br-产生键合,从而产生新的PbX6八面体。结果表明,通过水分处理,薄膜形貌得到改善,薄膜中的缺陷得以钝化,从而有利于整体薄膜质量的提高。基于此过程,通过水分处理得到的PSCs的光电转换效率从10.89%提升到了 13.09%,其中开路电压(Voc)由0.97 V提高到1.10 V,填充因子(FF)由69.09%提高到76.54%。通过调控前驱体溶液中的Cs+和Pb2+离子的摩尔比,合理控制晶体生长条件,实现了全无机零维(0D)/三维(3D)Cs4Pb(IBr)6/CsPbI3-xBrx混维异质结构的构建。扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)结果共同证明了 0D Cs4Pb(IBr)6晶粒均匀分布于3D CsPbI3-xB rx的大晶粒之间。0D结构晶体的引入不仅有效地改善了薄膜表面形貌,同时诱导了薄膜内3D CsPbI3-xBrx晶体在(100)晶面上的择优取向生长。HRTEM结果表明,0D和3D晶体(040)0D和(002)3D界面彼此连接,说明0D和3D晶体具有良好的晶格匹配。0D材料的引入有效地钝化了薄膜内部的缺陷,抑制了非辐射复合,使薄膜质量得到改善。基于0D/3D薄膜的PSCs相比3D薄膜PSCs的光电转换效率由4.64%显著提高到14.77%,其1cm2大面积PSCs的光电转换效率为10.52%。另外,0D/3DPSCs表现出明显增强的稳定性,在氮气下存储60天后,器件的光电转换效率仍可以保持原初始值的 93.9%。通过控制晶体生长条件、调控前驱体溶液中的Cs+与Cl-离子配比,实现了全无机二维(2D)/三维(3D)Cs2PbI2Cl2/CsPbI2.5Br0.5混维异质结薄膜的构建。结合SEM和EBSD结果,观察到2D Cs2PbI2Cl2均匀分布于薄膜内部大晶粒之间的晶界处。2D Cs2PbI2Cl2的引入诱导了薄膜中的CsPbI2.5Br0.5晶体结构在(001)晶面上的择优取向。通过HRTEM观察到了 2D和3D晶体之间平滑的过渡区域,其在(003)2D//(001)3D界面之间形成了 2D/3D异质结构。由于2D和3D材料具有良好的晶格匹配特性,因此2D Cs2PbI2Cl2的引入有效地钝化了薄膜缺陷,使薄膜内部的非辐射复合得到抑制。基于2D/3DPSCs的光电转换效率提高至15.09%,其中Jsc增加至16.62 mA/cm2,Voc为1.21 V,FF为75.17%。在此基础上,制备了 1和2 cm2的大面积PSCs,其光电转换效率分别为12.74%和10.01%。二维Cs2PbI2Cl2的引入显著改善了 PSCs的水分和热稳定性,在室温下氮气中储存60天后,PSCs能够保持95.3%的初始效率;在空气中70±10%的相对湿度下,将PSCs在80℃下连续加热,PSCs可在12 h内保持原始光电转换效率的80%。