随着全球人口的不断增长，人类社会需要越来越多的能源来满足生存和发展的需要。化石燃料的大量使用，造成了雾霾、酸雨和水质污染等严重的环境问题，对人们健康形成了巨大威胁。因此，寻找清洁可再生的能源成了各国政府的当务之急。太阳能因其取之不尽用之不竭的丰富储量、不需要长途运输可以就地取材的便利特点，以及在开发利用过程中无噪音、废水和废弃物等环境污染物产生等优点，得到了世界各国政府的大力支持。

钙钛矿太阳能电池是从染料敏化太阳能电池发展而来。但和传统太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池具有成本低、能带较窄、吸光系数高、载流子迁移率高以及易于封装和规模化生产等一系列显著的优点，自诞生以来在太阳能电池研究领域成为备受瞩目的焦点。

2009年，Miyasaka 等首次将CH₃NH₃PbBr₃、CH₃NH₃PbI₃作为光敏剂制成染料敏化太阳电池，效率达到3.8%，奠定了钙钛矿太阳电池发展的基础。2011年，Park等人通过优化CH₃NH₃PbI₃和TiO₂ 的制备工艺，获得了6.5%的效率，但仍然使用液体电解质，10分钟后电池效率已衰减80%。为了解决此问题，2012年，Gr#228;tzel和Park等人首次用固态spiro-OMeTAD作为空穴传输层，制成了固态钙钛矿太阳电池，效率达9.7%。Snaith等人用Al₂O₃代替TiO₂，用CH₃NH₃PbI₂Cl作吸光层，效率达10.9%。2013年，Gr#228;tzel等人改进了原有的一步法，采用两步连续沉积法制得的钙钛矿太阳电池的效率达15%。同年9月，Snaith等人采用双源蒸汽法制得平面异质结钙钛矿太阳电池，获得 15.4%的能量转换效率。2014年，华中科技大学韩宏伟等人采用全印刷方式制备无空穴传输层，用碳作电极的介孔结构钙钛矿太阳电池，其效率达到12.8%。Yang Yang等人进一步改进了钙钛矿结构层，采用过掺Y修饰TiO₂层作电子传输材料，使钙钛矿太阳电池效率达到19.3%。2015年，Seok等人采用一种分子内交换的方法制备了以FAPbI₃ 为吸光材料的钙钛矿太阳电池，获得20.2%的效率。Seok等人还改进了传统的溶液旋涂工艺，用滴涂的方法将甲苯滴在丁内脂和二甲基亚砜上，获得了致密均一的钙钛矿薄膜，实现了16.2%的能量转换效率。2016年，韩国化学研究所（KRICT）与韩国蔚山科技大学（UNIST）共同开发的钙钛矿电池，效率更是达到了22.1%，成为目前能量转换效率最高的钙钛矿太阳电池。

全固态钙钛矿吸光材料具有极佳的双极性电荷传输性能且其载流子寿命远远高于传统的硅基太阳能电池及染料敏化太阳能电池，因此钙钛矿太阳能电池在未来还具有极大的发展潜力。此外，钙钛矿太阳能电池具有转换效率高、制备成本低、环境友好等优点，有望成为独立的清洁能源和可穿戴等柔性器件。但是与硅基电池相比，目前常用的钙钛矿吸光材料还存在着光响应范围不够宽，对水和极性溶剂不稳定，含有毒重金属铅等缺点。因此继续寻找化学性能更稳定、对环境更友好的钙钛矿材料是非常有意义的。并且在钙钛矿太阳能电池向产业化发展的过程中， 高光电转换效率器件的可重现性、器件制备面积的扩大、器件性能的统一评估方法也是亟待解决的关键问题。

国内外的研究方向主要集中在优化钙钛矿材料、界面调控、改进钙钛矿太阳电池的制备工艺、新材料和新器件结构的尝试方面。提高电池的效率和稳定性、寻找低成本高性能的光吸收层、进一步简化电池结构、改进封装工艺、实现大面积电池的制备是未来的主要研究方向。此外，材料的无铅化和柔性钙钛矿电池也是未来的热点研究方向。本次设计的目的既是改善钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究的基本内容

无机-有机杂化钙钛矿太阳能电池显示出强的光吸收（1.5 eV的带隙）和双极特性（光电子和载流子质量），具有结构简单、能量转换率高、低成本以及温和条件制备等优点，但是其光化学稳定性和热稳定性差，这对于光伏应用来说是一个严重的缺陷。而全无机钙钛矿太阳能电池具有优异的化学及热学稳定性，可以在相对湿度90%以上的空气环境中保持稳定，并且还具有良好的光伏性能。但是其相变温度过高，在大气环境下结构不稳定且制备难度较大，另外其禁带宽度大，在很大程度上限制了其光电转换效率。因此研究主要是来改善全无机钙钛矿材料的这两个缺点。

2.2 研究的目标

无机物组分稳定性不同，它们的富矿质组分有显着性差异，研究的目标即是通过探究各无机物组分的稳定性，来找到一种富矿质组分，通过减小禁带宽度、改善载流子传输、改善成膜质量等来提高全无机钙钛矿太阳能电池的效率；通过提高全无机钙钛矿的相稳定性，即得到其中稳定的黑相，来增加它在大气环境下的稳定性。

2.3 拟采用的技术方案