太阳能在人类历史上得到了广泛的应用。很久以前，人们就用阳光来晒衣服和食物。通过凹面镜或凸透镜，太阳能也可以用来生火。其基本机理可以用射线光学来解释。如今，商用太阳能热水器仍然是这种应用的延续，将光能转化为热能。随着光电效应的发现和现代物理学的兴起，光被认为是光子，这为另一种应用指明了方向:将太阳能转化为电能。从那时起，太阳能被认为是最有希望替代不可再生化石能源的可再生能源。太阳能电池是利用太阳光发电的设备。第一个太阳能电池是在半导体中发现光伏效应后发明的。到目前为止，硅(Si)、砷化镓(GaAs)、硒化镓铜铟(CIGS)等无机半导体太阳能电池的功率转换效率均达到20%以上，使太阳能电池技术实现商业化。用太阳能替代化石能源的关键是降低发电成本，这也是发展低成本光伏技术的动力。

从20世纪90年代开始，染料敏化太阳能电池(DSSCs)已经被证明有潜力满足低成本和易于制造的要求。经过几十年的努力，DSSCs的光电转换效率（PCE）已经超过10%。^[3] 2009年，Miyasaka和同事采用甲胺铅碘钙钛矿作为DSSCs中液体电解质的敏化剂，实现了3.8%转换效率的钙钛矿太阳能电池(PSC)。这开启了钙钛矿材料在光伏技术中的应用。两年后，通过优化钙钛矿的TiO₂膜和沉积工艺，钙钛矿太阳能电池的PCE提高到6.5%。2012年，PSC的研究取得了重大进展。^[6-8]采用钙钛矿作为固态介孔结构太阳能电池的吸光材料，以2,2',7,7'-四[N,N-di(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-OMeTAD)代替液体电解质作为空穴传输层，该固态PSC的PCE接近10%。^[6,7]这些结果震惊了光伏界，引发了PSC的效率竞赛。经过大约4年的发展，PSC的PCE已经超过20%，接近商业化太阳能电池的PCE[^9,10]。

钙钛矿太阳能电池之所以备受人们的青睐，原因在于它具有优越的光吸收特性、带隙可调、载流子寿命长、迁移率高、制备工艺简单等优点，在光伏领域具有广阔的应用前景。通常，钙钛矿太阳能电池的制备是由下往上，一层一层顺序制备出来的。钙钛矿太阳能电池的结构一般分为介孔结构和平板结构（如下图所示）。由于平板结构比较简单，引起人们更多的关注。在平板结构中，透明导电基板/电子传输层/钙钛矿/空穴传输层/阳极金属这种n-i-p结构被称为正式结构。而反式结构（p-i-n）是在透明阳极上先后制备空穴传输层、钙钛矿、电子传输层和阴极金属。

（a）正式介孔结构 （b）正式平板结构 （c)反式平板结构

目前，正式平板结构钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率已达到23.7%。但是，反式平板结构钙钛矿太阳能电池凭借其制备工艺更加简单低廉、可低温成膜、无明显迟滞效应、且适合与传统太阳能电池结合制备叠层器件等优点，受到越来越多的关注。

然而，反式结构器件也存在一些显著的不足，例如开路电压（V_oc）与理论值差距较大，通常为1.10 V（类似带隙的正式钙钛矿电池开路电压大于1.20 V），导致反式结构光电转换效率相对偏低。究其原因，主要是由于器件的钙钛矿活性层中和钙钛矿活性层与电荷收集层界面存在大量缺陷，造成了光生载流子的非辐射复合，致使能量损失严重，限制了开路电压和光电转换效率的提高。随着近几年研究的深入，反式钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经接近商用需求。

但是钙钛矿太阳能电池的稳定性一直是其走向产业化的阻碍，急需得到解决。钙钛矿太阳能电池的结构直接影响其器件稳定性，因此探索稳定的器件结构十分关键。在各式器件结构中，目前普遍认为反式平板结构比较稳定，所以本课题集中研究反式结构。反式结构中空穴传输层可以采用无机氧化镍材料，但是由于该材料印刷不便，而且往往涉及高温退火，造成不必要的能耗。而有机空穴传输层的材料成本低廉、便于制备。因此，本课题计划研究常用的有机空穴传输材料的稳定性，包括PEDOT：PSS，PTAA和m-MTDATA等，通过研究不同有机空穴传输层材料的反式钙钛矿太阳能电池的稳定性差异，为之后开发稳定高效的反式钙钛矿太阳能电池提供参考。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

本课题主要研究不同有机空穴传输层材料对反式钙钛矿电池的稳定性影响。其研究内容主要包括：

器件制备：以FTO玻璃为基底，通过旋涂法分别旋涂不同有机材料的空穴传输层，再用旋涂法或者吹气法制得钙钛矿薄膜，接着旋涂电子传输层，最后蒸金得到电池。