1．目的及意义

社会的发展离不开能源，现目前最广泛使用的化石能源正日趋枯竭, 寻找新的清洁可再生能源成为社会发展的燃眉之急^[1]。太阳能是一种清洁的可再生能源,利用太阳能发电的光伏发电技术与水电、火电、风能发电相比，具有不少优势：资源丰富可再生、对环境没有影响、建设简单、受地形限制小、装机规模灵活、发电时不产生噪音、故障率小，生产成本相对低等^[2]。

太阳能电池是光伏发电技术的核心。太阳能电池类型多样，目前市场上主流的、应用范围最广的商业化产品仍是硅基太阳能电池，但是它制作技术难度高、制备成本高昂及环境污染程度大，已经不符合现代社会发展的需求^[3]。在新型光伏发电技术中，钙钛矿太阳能电池由于具有直接带隙、吸光系数高、激子束缚能低、激子和载流子扩散距离长、制作成本低、制备工艺简单、光电转换率高等优点，备受各国科研机构的青睐^[4]。石墨烯是一种由碳原子组成的二维碳纳米材料，具有优异的光学、电学、力学特性，可将它掺杂到钙钛矿太阳电池的介孔层中，提高电子的传输和注入效率，进而制作出滞后效应小、光电转化效率高的钙钛矿太阳能电池器件，这对钙钛矿太阳能电池的研究与发展具有十分深远的意义^[5]。

国外近年研究进展：

最早在2010年，LI等人率先在钙钛矿太阳能电池添加了石墨烯，做出了转换效率达到10.1%的钙钛矿太阳能电池^[6]，自此，世界各国的科研机构、公司企业和大学注意到石墨烯及其衍生物在钙钛矿太阳能电池中广阔的应用前景，纷纷开始投入大量精力进行研究，经过多年的不懈努力，基于石墨烯材料的钙钛矿太阳能电池设计与实现在实验研究中也取得了较大的进展。韩国国立大学Sawanta课题组，在二氧化钛介孔层上添加了石墨烯形成电子传输效率高的电子传输层，用其做出来的钙钛矿太阳能电池效率高达11.4%^[7]，受此启发，Sun等人的团队将氧化石墨烯作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，制作出来的钙钛矿太阳能电池光电转换效率再次提高，达到了12.4%^[8]。Shen等人紧接其后，用氧化石墨烯与 3，4-乙撑二氧噻吩单体与聚苯乙烯磺酸盐的高分子聚合物水溶液组成空穴传输层，应用到钙钛矿太阳能电池中，电池的光电转化效率提高到了13.1%^[9]。接着，英国牛津大学物理学教授Henry J. Snaith等人在总结前人的实验成果基础上，利用石墨烯与二氧化钛纳米粒子结合形成电子传输层，将其应用于钙钛矿太阳能电池中，成功将钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提高到15.6%的高效率[10]。

国内近年研究进展：

尽管外国在这方面的研究起步较早，但是国内在石墨烯钙钛矿太阳能电池中的研究同样有较高的水准，水平基本与世界研究水平相近。目前国内许多科研机构和高校的研究人员都在进行这方面的研究实验，他们广开思路、学习先进的理论知识，不断实验，经过多年的辛勤努力，终于也是取得了很多富有成效的成果，已经成功研究出了多种结构的石墨烯钙钛矿太阳能电池，实现初步成品的制作，为石墨烯钙钛矿太阳能电池下一步的推广应用打下了坚实的基础。香港大学的shihe Yang等人率先取得突破，在钙钛矿吸收层和二氧化钛介孔层之间添加了石墨烯材料，成功做出了效率达 10.15%的钙钛矿太阳能电池^[11]。香港理工大学研究人员，积极进取，紧跟其后，利用石墨烯作为电池的电极，成功制备了钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率达到12.1%^[12]，明显高于同期其他科研机构制作的钙钛矿太能电池。之后，兰州大学胡晓雯的团队用抽滤方法制备了性能优异的石墨烯凝胶膜，再将之与钙钛矿太阳能电池相融合，做出了光电转化效率为14.12%的钙钛矿太阳能电池^[13]。在2015年的时候，中国科学院物理研究所孟庆波课题组与化学研究所李玉良等人的团队通力合作，将石墨炔与3-己基噻吩的聚合物(P3HT)进行复合制备出性能优异的空穴传输层，并将它应用在的钙钛矿电池中，成功实现了14.58%的高光电转换效率^[14]，表明我国在这方面的研究已经具有了较为高端的科研水平。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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2.1研究的基本内容

一般的钙钛矿太阳能电池器件其组成结构主要包括透明电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极。通过学习可以了解到石墨烯及其衍生物具有很好的电子传输特性，利用这一特性可将其添加到钙钛矿太阳能电池的电子传输层中，从而提高电子的传输效率。本次研究设计的主要内容就是,将石墨烯跟二氧化钛介孔层复合，制备出电子传输效率高的电子传输层材料,进而制备出更高光电转换效率的钙钛矿太阳能电池。

2.2研究的主要目标

1) 广泛查阅国内外优秀的石墨烯钙钛矿太阳能电池相关文献，初步了解钙钛矿太阳能电池的基础知识，掌握的钙钛矿太阳能电池基本结构与工作原理；

2) 广泛查阅关于石墨烯的相关文献，了解石墨烯材料性质，有一定基础后掌握石墨烯的制备方法；

3) 通过具体实验，研究石墨烯材料作为电子传输层对钙钛矿太阳能电池光电转换效率的影响,制备出适合钙钛矿太阳能电池用的高性能电子传输层材料；

4）不断完善实验方案，最终成功制作出稳定性好、滞后效应小、光电转化效率高的钙钛矿太阳能电池器件。