以介孔无机半导体纳米结构和有机导体为基础的固态杂化钙钛矿由于同时具有纳米制造和有机电子器件的性质，在下一代太阳能电池中有着广泛的应用前景。2013年，我们合成了CH3NH3I2Br，实现了4.87％的光电转化效率；2014年，在反式太阳能电池结构中以NiO纳米晶体层作为钙钛矿空穴传输层，厚度为30～40 nm时表现出最好的性质，光电转化效率可以做到9.11％；同年，又改进了钙钛矿空穴传输层，光电转化效率达到11.02％，如图148.13所示；用喷墨打印纳米碳层作为钙钛矿空穴传输层，光电转化效率达到11.6％；2015年，以石墨烯作为空穴传输层，如图148.14所示；以PCBM作为电子传输层的反式电池结构，开路电压从0.97 V做到1.07 V，极大地提高了器件性能；2016年，用溶剂法基于全碳太阳能电池将光电转化效率提高到14％以上；稳定性问题一直是阻碍钙钛矿太阳能电池商业化的一大难题，2017年，我们关注到了有机卤化物钙钛矿太阳能电池中有机阳离子降解的问题，进行了分析，并对MA+、FA+两种材料进行了比较，通过抑制离子迁移来降低对光吸收的影响，如图148.15所示；二维钙钛矿材料稳定性比较好，在光伏领域有着较好的应用，但是层间结构的电子传输阻碍了器件的性能，我们设计了一种三维和二维相结合的结构，不仅提高了器件的稳定性，也减少了载流子的复合，光电转化效率达到19.89％；我们又尝试用全碳做成空穴传输层来提升卤化物钙钛矿太阳能电池的稳定性，如图148.16所示。
图148.13 改进方法示意图
图148.14 石墨烯为空穴传输层的电池结
图148.15 抑制离子迁移降低对光吸收的影响(www.xing528.com)
图148.16 基于全碳的钙钛矿太阳能电池设计
综上所述，本文主要介绍了早期对纳米材料结构的研究，以及新一代太阳能电池的前景和在杂化卤化物钙钛矿中所做出的改进，着重介绍了基于全碳材料作为空穴传输层的新型钙钛矿太阳能电池的应用。
（审核：陈炜）
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