1. 研究目的与意义（文献综述）

世界不断增长的能源消耗以及化石燃料供应的减少促使科学界设计合成新材料以寻找新型价廉的能量转换途径。光伏太阳能电池基于光伏效应将太阳光的能量直接转换为电能，因此被认为是富有前景的能源生产途径^[1]。基于光活性层材料组分的差异性，现已探索了许多不同类型的太阳能电池技术，包括硅太阳能电池，iii-v族太阳能电池，量子点太阳能电池，染料敏化太阳能电池，有机太阳能电池和新兴的钙钛矿太阳能电池^[2,3]。钙钛矿太阳能电池因其所具有的高载流子迁移率^[4]，在整个可见光谱范围内的高吸光系数^[5]，可采用廉价丰富的原材料进行溶液加工^[6]等一系列优点而受到广泛关注^[7]。在2009年，首次将ch₃nh₃pbbr₃和ch₃nh₃pbi₃作为染料敏化太阳能电池中的敏化剂，得到了3.8%的器件效率值^[8]，此后通过对钙钛矿器件进行界面修饰，组分调控以及制备工艺的优化，这种基于钙钛矿的太阳能电池技术取得了突飞猛进的发展。与传统晶体硅太阳电池相比，钙钛矿薄膜太阳电池具有高开路电压（＞1v）、以低温低能耗路径制备（＜200℃）、适用于柔性衬底材料等优势，可以兼顾器件效率和成本。经nrel认证，最新的钙钛矿器件功率转换效率（pce）以达到22.7％^[9]。

钙钛矿材料源于钛酸钙(catio₃) 化合物，以abx₃分子式构成的一大类物质^[10]，因其立方晶格、嵌套的八面体层状结构和独具特点的光、电、热、磁性能受到广泛关注和应用。钙钛矿太阳电池采用有机无机杂化结晶材料——有机金属三卤化物ch₃nh₃pbx₃（x=cl, br, i）作为光吸收材料，最广泛研究的钙钛矿材料体系是甲基三碘化铅（mapbi₃），目前基于mapbi₃体系的器件效率最高可超过20%^[11]。mapbi₃最初通过掺入染料敏化太阳能电池的液态电解质中进行器件的制备，然而由于其在液态电解质中的溶解性而导致器件效率不稳定^[12]，连续照射10分钟后器件效率迅速衰减，随后通过固态spiro-ometad空穴传输层取代液态电解质制备了全固态钙钛矿太阳能电池，使得器件的效率及寿命有效提高^[13]。有研究报道对mapbi₃薄膜沉积工艺的优化，例如反溶剂冲洗，真空闪蒸处理以及气相辅助沉积等^[10]，促进了钙钛矿晶体的核化与晶化过程^[14]，获得了表面平整，结晶程度高的高质量钙钛矿薄膜，器件效率显著提升。然而传统正置结构太阳能电池中，低温合成的tio₂作为平面异质结结构钙钛矿太阳能电池中的电子传输层存在两个主要缺点，首先tio₂的较低结晶度所导致的低电子迁移率使得器件工作过程中电子与空穴的不平衡传输^[15]，从而在活性层中引起较多的电荷累积，进一步与空穴发生严重的非辐射复合，影响器件效率。其次，tio₂暴露在紫外光条件下会诱导内部氧空位的形成，俘获电荷载流子，阻碍器件性能的进一步提升^[16]。因此平面异质结钙钛矿太阳能电池往往表现出强烈的滞后效应^[15]，即器件效率依赖于扫描方向，扫描速率以及测试时间等因素。

界面修饰具有改善电荷传输，钝化界面缺陷等优点，可作为一种简单有效的方法有效减小器件的滞后效应^[17]。富勒烯衍生物因其优异的电学性能，具有相对于二氧化钛与钙钛矿更为匹配的能级结构，在平面异质结钙钛矿太阳能中得到广泛应用。已报道基于分子结构设计合成的pcba,pcbb-2c8-2cn等富勒烯衍生物^[18]，有效改善了tio₂/钙钛矿界面缺陷密度，抑制氧空位的形成，使得器件效率大幅提升。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：设计合成不同类型富勒烯衍生物，制备以富勒烯衍生物作为界面修饰，或钙钛矿本体缺陷钝化材料的钙钛矿型太阳能电池器件；通过连续沉积法或反溶剂法形成钙钛矿活性层；

材料表征：对合成的富勒烯衍生物材料进行结构及电学性能测试，通过x射线衍射（xrd）、扫描探针显微镜（spm）、红外等表征手段对其形貌结构及元素构成进行了分析，并采用相关电学测试技术分析其电导率，迁移率等电学性能对其改善钙钛矿太阳能电池的能力进行系统评估。对制备的器件在反向扫描和正向扫描下测试光伏特性以分析富勒烯衍生物对于器件滞后效应和“光浸润性”的改善，并通过施加一个最大功率点的给定偏压测量稳态功率输出以确定器件效率值的准确性。

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。

第4-8周：制备多种分子结构富勒烯衍生物，使制备出的富勒烯衍生物具有良好电学性能的同时具有较好的溶解性。

第9-12周：将富勒烯衍生物应用于光伏器件中，利用光电效率测试系统、外量子效率测试仪测试器件的光电性能。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] yang l, barrows a t, lidzey d g, et al. recentprogress and challenges of organometal halide perovskite solar cells[j].reports on progress in physics, 2016, 79(2): 026501

[2]yin w j,shi t and yan y. unique properties ofhalide perovskites as possible origins of the superior solar cell performance[j].advanced materials,2014,26 4653-8

[3]snaith h j. perovskites:the emergence of a new erafor low-cost, high-efficiency solar cells [j]j.phys.chem.lett,2013,4,3623-30