1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，随着化石燃料的大量消耗和世界经济的快速发展，能源短缺问题越来越引起人们的重视。传统的化石能源不仅储量有限、不可再生，其使用过程中还会给环境带来巨大的污染。因此，发展清洁、可再生的能源已成为世界各国研究者们的首要课题。太阳能作为一种取之不尽，用之不竭的清洁能源，具有广大的应用前景。将太阳能通过太阳能电池转化成电能被认为是一种有前途的利用太阳能的途径。传统的硅太阳能电池由于成本高、生产工艺复杂、生产过程会造成环境污染等问题，限制了其大规模的使用[1]。因此，开发高光电转换效率、低成本的新型太阳能电池成为人们关注的重点。
钙钛矿太阳能电池的基本构造通常为衬底材料/导电玻璃（ITO玻璃或FTO玻璃）/电子传输层（electron transport layer，ETL）/钙钛矿吸收层/空穴传输层（hole transport layer，HTL）/金属阴极[1]。入射光透过玻璃入射以后, 能量大于带隙的光子被吸收，产生激子，随后在钙钛矿吸收层，激子分离变成空穴和电子并分别注入空穴传输层（HTL）和电子传输层（ETL）中[2]。基于此，钙钛矿太阳能电池有两类结构：介观结构（mesoscopic structure）和平面异质结结构（planar heterojunction structure）。
平面异质结结构分为正式结构和反式结构。正式(n-i-p)平面钙钛矿太阳能电池的基本结构为：ITO（或FTO）/电子传输层/钙钛矿光吸收层/空穴传输层/金属电极。光生电子流向导电玻璃，空穴流向金属电极。其中最常用的空穴传输层材料为Spiro-OMeTAD，尽管采用Spiro-OMeTAD制备的太阳能电池光电转换效率很高，但是其价格昂贵，不利于太阳能电池未来的商业化。因此，发展可替代Spiro-OMeTAD的新型空穴传输材料就显得尤为重要。Li等[3]利用H101作为空穴传输材料，制备的电池光电转换效率达13.8%。
正式平面钙钛矿太阳能电池普遍存在迟滞效应，也就是测试电流密度-电压曲线（J-V曲线）时，施加偏压从短路-开路（正扫）与从开路-短路（反扫）存在着较大的差异。这可能与钙钛矿晶体本身的离子迁移率、铁电性、晶体缺陷有关。
反式(p-i-n) 平面钙钛矿太阳能电池的基本结构为：ITO（或FTO）/电子传输层/钙钛矿光吸收层/空穴传输层/金属电极。其电荷流向与正式电池相反，即电子流向金属电极，空穴流向导电玻璃。为进一步制备高光电转换效率的反式 (p-i-n) 平面钙钛矿太阳能电池，选取稳定、高导电、能级合适的空穴传输材料也是极其关键的。PEDOT：PSS是一种反式结构电池中常用的空穴传输材料，它可以在低温条件下制备，避免了正式结构电池中使用的TiO2膜所需的高温烧结工艺，有利于柔性器件的制备。但是PEDOT：PSS空穴传输层与钙钛矿层之间的欧姆接触不完全，因此所制备的电池开路电压（VOC）较低。再加上钙钛矿薄膜会在PEDOT：PSS层留下孔洞，覆盖不完全，使得制备的器件光学性能下降。
反式(p-i-n) 平面钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层，除了常用的PEDOT：PSS以外，还采用氧化石墨烯（GO）、聚噻吩等有机p型材料，以及NiO、V2O5、CuSCN等无机p型材料。其中，NiO是化学性质最稳定，与卤化物钙钛矿相容性最好的空穴传输材料。
反式(p-i-n)平面钙钛矿太阳能电池中空穴扩散的长度比电子扩散的长度要短（因为激子产生集中在光入射端，距离空穴传输层更近），而MAPbI3的电子扩散系数较空穴扩散系数高, 这样的结构有利于电荷的平衡抽取，因此相较于正式结构电池，反式结构电池的迟滞效应更小。
柔性太阳能电池（Flexible Solar Cells，FSCs）的开发不仅满足了便携性，贴合性，尺寸小和重量轻的应用需求，而且还有利于工业卷对卷（roll-to-roll，R2R）制造，这使得生产线产量提高及制造成本降低成为可能。除此之外，柔性的太阳能电池还扩大了可能的应用范围。新型轻型柔性太阳能组件可以安装在工厂和仓库的大型屋顶区域，而这些工厂和仓库通常不能承受传统光伏装置的重量负荷。

2. 研究的基本内容与方案

我们拟通过采用反式结构：ITO/NiOX/有机无机杂化钙钛矿/C60/BCP/铜，替代传统的ITO/TiO2/有机无机杂化钙钛矿/Spiro/金的正式结构，从而消除掉迟滞效应。低温制备氧化镍空穴传输层是本项目的主要研究目的。通过调配氢氧化镍的前驱体溶液配比，并通过旋涂法制备氢氧化镍薄膜，经过低温烧结，形成氧化镍薄膜，并经过低温水热处理方法进一步提高导电性。 最终，制备出高效柔性反式钙钛矿太阳能电池。
NiOX纳米晶的合成：将Ni（NO3）2·6H2O（0.5 mol）分散在100 mL去离子水中以获得深绿色溶液。 通过加入NaOH溶液（10 mol/L）将溶液的pH调节至10。 搅拌5分钟后，胶体沉淀用去离子水彻底洗涤两次，并在80℃下干燥6小时。 然后将获得的绿色粉末在270℃下煅烧2小时以获得深黑色粉末。
器件制造：清洗ITO涂覆的玻璃基材或ITO涂覆的PET基材，然后用紫外臭氧处理20分钟。旋涂PEDOT：PSS，厚度为45 nm，在150℃下干燥10分钟。旋涂NiOX纳米晶溶液（在去离子水中浓度为20 mg/mL）以获得约20 nm的NiOx膜。所得到的NiOx膜用于制造没有退火工艺或其他处理的器件。 CH3NH3PbI3溶液通过CH3NH3I粉末和PbI2在γ-丁内酯/ DMSO = 7：3中，在60℃下反应1小时而制备。通过连续的两步旋涂工艺在1000rpm，20s和4000rpm，40s下分别将20 μM钙钛矿前驱体溶液沉积到NiOx / ITO或PEDOT：PSS / ITO基板上，并将180 μL甲苯在第二旋涂阶段进行旋涂期间迅速倾倒在基材顶部。将钙钛矿前体涂覆的基材在热板上在100℃下干燥10分钟。随后，分别通过旋涂以1000 rpm，60秒和3000rpm，60s分别旋涂C60和双C60表面活性剂。最后，蒸镀Ag接触电极（120 nm）完成器件。所有设备都是在手套箱中制作的。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。

明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。

确定技术方案，并完成开题报告。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]邓林龙,谢素原,黄荣彬, et al.钙钛矿太阳能电池材料和器件的研究进展[j].厦门大学学报(自然科学版),2015,54(05):619-629.

[2]黄庆举,林继平,魏长河, et al.硅太阳能电池的应用研究与进展[j].材料开发与应用,2009,24(06):93-96.

[3] c.r. kagan, d.b. mitzi,c.d. dimitrakopoulos.organic-inorganic hybrid materials as semiconductingchannels in thin-film field-effecttransistors[j].science,1999,286(5441):945-947.