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近年来,有机无机杂化金属卤化物钙钛矿太阳能电池取得瞩目的进展,最高光电转换效率从最初的3.8%提升到现在认证的22.1%。高效低廉的钙钛矿太阳能电池有望在将来成为最具前景的光伏技术,这主要得益于钙钛矿材料本身的光电特性。传统典型的CH3NH3PbI3钙钛矿材料具有诸多优点,如适宜的直接带隙半导体禁带宽度、较低的激子束缚能、较高的摩尔消光系数、优良的载流子双极性扩散特性、以及可低温溶液制备等。然而传统铅基钙钛矿中铅的毒性、晶体生长与薄膜质量的调控、以及材料稳定性等问题极大限制了钙钛矿太阳能电池的大规模商业化应用。在钙钛矿太阳能电池的发展中,研究者采用一些环境友好型的金属离子取代铅,制备了新型钙钛矿材料。目前,针对铅位复合钙钛矿的研究主要集中在Sn2+,Ge2+,Sb3+,Bi3+以及一些过渡金属离子等。本论文选取元素周期表中II A的Sr2+,Ca2+,Ba2+取代CH3NH3PbI3中的Pb2+,制备了铅-碱土金属复合钙钛矿材料。主要研究内容如下:(1)采用一步溶液旋涂法,制备了一系列不同Sr2+含量的复合钙钛矿CH3NH3SrxPb1-xI3薄膜,并将其作为光吸收层,应用于器件结构为FTO/NiMgLiO/钙钛矿/PCBM/BCP/Ag的电池中。XRD、SEM、PL、J-V等测试证实了通过掺杂少量Sr2+(x=0.2%,0.5%),可以获得晶粒尺寸较大、平整致密、寿命较长的复合钙钛矿薄膜,并且大大提高了器件的开路电压,电池效率达到17.7%。莫特-肖特基和电化学阻抗测试证实了少量Sr2+掺杂(x=0.2%,0.5%)可以有效提高电池器件的内建电场和界面复合电阻,极大抑制了器件内界面电荷复合,提高了电荷传输特性。(2)将CH3NH3CaxPb1-x I3-2xCl2x和CH3NH3BaxPb1-xI3-2xCl2x两种复合钙钛矿材料应用于反式p-i-n平面结构的电池中。研究发现少量Ca2+、Ba2+掺杂(x=0.5%)能够有效促进钙钛矿晶体生长、改善钙钛矿薄膜的质量、减少晶体缺陷,并能显著提升器件的开路电压和光电转换效率。莫特-肖特基与电化学阻抗测试也证实少量Ca2+、Ba2+掺杂(x=0.5%)同样可以增大器件的内建电场和界面复合电阻,降低了界面的电荷复合。