铅基钙钛矿材料自身的毒性和不稳定性限制了有机无机杂化钙钛矿太阳能电池(Hybrid Organic-Inorganic Perovskite Solar Cells,PSCs)的商业化应用,而(CH3NH3)3Bi2I9(MBI)的无毒和高稳定性引起了研究者的广泛关注。Hoye等人分别采用溶液法和气相辅助法制备了纯的MBI,系统地研究了晶体结构、稳定性和光电性能。这项工作极大的推动了 MBI薄膜作为光吸收应用在太阳能领域的发展。但是制备Bi基杂化钙钛矿光吸收层时,会在TiO2表面形成许多六边形的纳米晶薄片并无序的堆积在一起,导致MBI薄膜不佳,存在大面积的缺陷,组装的器件短路甚至断路情况十分严重。因此迫切需要界面工程比如形貌调控制备高质量,均匀连续的杂化钙钛矿薄膜以提高铋基PSCs的效率。本论文的研究内容如下:(1)在致密层TiO2表面,采用水热法生长不同长度的TiO2纳米棒阵列。再用两步溶液浸泡法制备MBI薄膜。最后,旋涂空穴传输层、真空蒸镀金对电极,组装成器件进行相关测试。XRD表明水热法生长的TiO纳米棒阵列是金红石相。SEM图显示TiO2纳米棒长度随着水热时间的增加而变化,长度由472 nm(50 min)增加到1073 nm(80 min)。XRD图谱表明两步溶液浸泡法合成的是MBI,UV-Vis表明MBI薄膜的光吸收与金红石相Ti02的长度有关,计算出MBI的间接带隙为2.2 eV。SEM显示制备的MBI呈六边形片状,薄膜不致密,且能看到裸露的介孔层。XPS进一步证明我们合成的是MBI。同时,J-V曲线显示当Ti02纳米棒长度为564 nm时,组装的器件效率最高为0.14%,时间分辨光致发光光谱表明:相较于基于其他长度Ti02纳米棒的MBI PSCs,基于564 nm的MBI基PSCs的瞬态荧光寿命最短,说明此时光生电子能够比较容易地从MBI光吸收层传到TiO2层,载流子复合几率变小,相应的电池效率较高一点。在67 d后,器件的效率几乎不变,展现出MBI基PSCs具有极好的稳定性。(2)分别采用氯苯(CB)、乙醚(DEE)两种反溶剂合成了高质量的MBI晶体薄膜,并将其作为光吸收层材料应用于mp-Ti02结构的PSCs中,对比传统一步法制备的MBI薄膜和反溶剂处理后的MBI薄膜性能差异和对PSCs性能的影响。XPS和XRD表明我们制备的是MBI,SEM测试表明用DEE处理之后的薄膜质量最好,且光吸收能力最强,相应的器件效率最高为0.343%。我们选取了 8片电池,很容易发现85.7%的电池效率超过了 0.3%,说明用DEE处理MBI薄膜后组装的器件具有很好的重复性。进一步地,器件的稳定性测试表明100天后仍保持高于0.3%的效率,仅仅下降了 7.58%,表明了很优异的长期稳定性。(3)采用脉冲沉积法制备MBI薄膜。探索不同电压对薄膜的形貌的影响。电镀过程中,第一步沉积Bi金属镀层,第二步脉冲电沉积法制备MBI薄膜。XRD和XPS表明我们制备的是MBI薄膜。SEM结果表明我们制备的MBI晶体仍是六边形片状,说明MBI薄膜致密性仍不理想,需要进一步调控物理参数。