1. 研究目的与意义（文献综述）

有机—无机金属卤化物钙钛矿由于其突出的性能，如可调的带隙，长的电子—空穴扩散长度，低复合率和低温加工性，这些有望实现高效率和超低制造成本，已经成为最有希望的下一代光伏材料之一。甲基铵卤化铅(ch₃nh₃pbx₃，x= i，cl或br)与三维钙钛矿结构相对应的混合卤化物晶体已被用作介观异质结太阳能电池的光采集器。甲基铵卤化铅钙钛矿纳米晶体的直接带隙，大吸收系数和高载流子迁移率的优点使它们成为完美的光采集器。使用有机空穴传输材料如spiro-ometad，ptaa等的固态介观太阳能电池，基于小实验室的电池效率已经达到认证的22.1%，已经实现了与商用硅太阳能电池相当的高效率。更重要的是，这些钙钛矿纳米晶体由于其自组装性能可以通过简单和便宜的技术来合成，这意味着降低能量生产成本的巨大潜力。然而，这些高性能光伏器件的对电极(ce)仍然需要在高真空条件下通过热蒸镀制备的贵金属，例如au或ag。显然，这种高成本的金属ce是其大规模生产的一个问题。同时，真空蒸镀过程也消耗很高的能量，与其有前景的廉价技术相脱节。因此，昂贵的金属ce的替代将是对基于ch₃nh₃pbi₃纳米晶体光采集器的这种高效异质结光伏电池的关键改进。

碳是一种大量可用和低成本的材料，已成功应用于dssc。1996年，kay和gra¨tzel首先报道了采用碳黑/石墨复合材料ce的新型液体单片dssc，并获得了6.7%的有前途的pce。该单片光电器件允许通过丝网印刷技术在单片fto玻璃基板上逐层印刷浆料，这为商业生产提供了更多的积极前景。此外，碳(-5.0ev)函数接近于a(-5.1ev)。尽管这些优点表明，碳可能是在ch3nh3pbi3异质结光伏电池中替代au作为ce的理想材料。

2. 研究的基本内容与方案

本论文选用碳电极作为钙钛矿太阳能电池的对电极，并采用全印刷的方式制备电池器件。其结构包含由下自上的三层介孔膜：二氧化钛、二氧化锆、碳。在三层介孔膜中填充钙钛矿吸光材料即可完成太阳能电池器件的制备。该结构的钙钛矿太阳能电池制备方法简单、所用材料廉价，具备良好的市场应用前景。然而，钙钛材料的本征稳定性相比于纯无机材料来说仍存在问题。对此，本研究主要从钙钛矿材料的阳离子组分上，针对钙钛矿晶体材料的稳定性展开研究。采用fa、ba等有机阳离子掺杂mapbi₃钙钛矿材料，完成器件的制备：

使用激光蚀刻fto玻璃以形成两个分离的电极，然后依次用洗涤剂，去离子水和乙醇进行超声波清洗。随后，通过在450°c下的气溶胶喷雾热解，用约100nm致密的tio₂层涂覆形成两个分离的电极的衬底。在自然冷却至室温后，通过丝网印刷将tio₂纳米晶层沉积在致密层的顶部上，然后在500°c下烧结30分钟。之后，依次在tio₂纳米晶层顶部印刷zro₂间隔层和10μm介观碳层，然后将膜在400°c下烧结30分钟。通过两步顺序沉积方法实现了钙钛矿沉积到tio₂ / zro₂ /碳三层介观多孔膜中。首先，在碳层顶部滴加5μl pbi₂溶液（1.1m，即0.507g pbi₂溶于1ml dmf，70°c加热溶解过夜），将pbi₂渗透入多孔膜中。在70°c下干燥30分钟后，将涂有pbi₂的薄膜浸入在异丙醇中的mai或fai（均为0.063m）溶液中15分钟。当钙钛矿形成时，薄膜的颜色会从黄色变成深褐色。之后，用异丙醇冲洗薄膜以除去未反应的mai或fai，随后在70°c加热处理另外30分钟。

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4－6周：按照设计方案，选取不同阳离子配制相应钙钛矿溶液。

第7－14周：采用不阳离子掺杂钙钛矿晶体材料，改善其理化性质，并优化钙钛矿太阳能电池器件效率。

4. 参考文献（12篇以上）

1. noh, j. h., im, s. h., heo, j. h., mandal, t.n. amp; seok, s. i. chemical management for colorful, efficient, and stableinorganic–organic hybrid nanostructured solar cells. nano lett. 13, 1764–1769(2013).

2. etgar, l. et al. mesoscopic ch3nh3pbi3/tio2heterojunction solar cells. j. am. chem. soc. 134, 17396–17399 (2012).

3. kojima, a., ikegami, m., teshima, k. amp;miyasaka, t. highly luminescent lead bromide perovskite nanoparticlessynthesized with porous alumina media. chem. lett. 41, 397–399 (2012).