能源一直是人类文明发展的重要推动力，随着人类社会的不断发展，人们对煤炭、石油和天然气等化石能源过度开采，传统的化石能源储量有限、不可再生，因此化石能源的枯竭是必不可免的。化石能源在使用的同时会给环境带来巨大的污染，引起诸如温室效应，雾霾天气等影响人类与地球和谐生存的问题。在此背景之下，绿色清洁可再生能源成为如今科学研究的热点^[1]。随着人口规模的扩大和技术的发展，对安全方便的电力的需求持续增加。电力通常是由各种类型的发电厂大规模生产的，如核能、水力发电和地热能。然而，对小型发电设备的需求在不断增长，这些小型发电设备主要为智能手机、平板手机、笔记本电脑和汽车等更加私人化的产品供电。因此，开发稳定、高效、轻量化、生态友好的发电系统具有重要意义。钙钛矿太阳能电池具有高吸收率、高开路电压、良好的柔韧性、带隙的可调节性和易加工性，是满足上述条件的理想候选材料^[2]。

钙钛矿材料是一类有着与钛酸钙（CaTiO₃）相同晶体结构的材料，是Gustav Rose在1839年发现于俄罗斯乌拉尔山矽卡岩中，后以俄罗斯地质学家L.A.Perovski命名。钙钛矿材料结构式一般为ABX₃，其中A一般为一价阳离子，位于面心立方晶格顶角位置；B通常为二价阳离子，如Pb² ,Sn² 等，位于体心位置；X为卤素元素，如Cl^-,Br^-,I^-，位于面心位置。其晶体结构如图所示，位于体心的二价阳离子与位于面心的卤素离子通过离子键构成[BX₆]八面体结构，该八面体在三维空间共顶点连接组成网络状框架^[3]。

图1 钙钛矿ABX₃结构示意图^[4]

按照A元素的种类又可将钙钛矿分为有机-无机杂化钙钛矿和全无机钙钛矿。作为有机-无机杂化钙钛矿，A一般为甲胺离子CH₃NH₃ （MA )，甲脒离子HC(NH)₂ （FA ），苯甲胺离子（PEA ）等。2013年底，英国牛津大学的 Snaith^[5]教授组发明了一种利用有机金属卤化物钙钛矿结构(CH₃NH₃PbX₃ Perovskite)作为吸光材料的全固态钙钛矿太阳能电池，期刊 Science将其列为年度世界十大科技突破之一, 并称其为太阳能技术中的一个重要突破。近年来有机-无机杂化钙钛矿材料因其优异的光电性能、简便的实验操作及低制作成本等优势在光电领域得到了迅猛的发展，据报道，迄今为止钙钛矿太阳能电池(PSC)的最高能量转换效率(PCE)已达到23.3%，是硅太阳能电池的有力竞争者。然而，这些高效的无机-有机杂化钙钛矿太阳能电池中的有机成分，如甲胺(MA)和甲脒(FA)这些有机阳离子的卤化物盐的挥发性，对O₂和空气中的水分十分敏感，导致了长期的稳定性问题^[6]。在这种情况下，人们开始尝试利用稳定的无机阳离子来取代甲胺基以构建高效稳定的钙钛矿太阳能电池。