随着人类社会的高速发展，化石燃料的日益枯竭以及其在使用中对环境造成的问题，迫使人们寻找和开发新能源，来解决环境和能源需求间的问题。近年来，研究者们注意到太阳能电池成本较低，清洁无污染，安全可靠等优点，且以硅太阳能电池为主的太阳能电池工艺已趋于完善，但由于其原料为成本高昂，提纯工艺繁琐的高纯硅，限制了硅太阳能电池的进一步发展。

而钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells, PSCs）因其吸收系数高、带隙可调、成本低廉、制备工艺简单等优点迅速成为光伏领域研究热点，实验室电池能量转换效率（Power Conversion Efficiency, PCE）从2009年的3.8%迅速增长到了2019年的25.2%，已经接近单晶硅太阳能电池效率。

PSCs结构一般包括透明导电玻璃/电子传输层（Electron Transport Layer, ETL）/钙钛矿吸光层（Perovskite light absorbing layer）/空穴传输层（Hole Transport Layer, HTL）/金属电极。其中，ETL，HTL和Perovskite一般通过低温溶液法工艺制备，由于退火温度，结晶速率等因素的影响，会出现各类缺陷。同时，缺陷对载流子的传输效率有着较大影响。研究发现，ETL/Perovskite，Perovskite/HTL界面缺陷会增加载流子的复合概率，这会严重影响PSCs的效率，因此必须解决缺陷对电池的影响。

以CH₃NH₃PbI₃（CH₃NH₃⁺, MA⁺）为例，薄膜通常含有带正电荷的I^-空位缺陷、Pb²⁺负电荷的和MA⁺空位缺陷；另外，该薄膜在光照条件和热环境中容易因为MAI分解产生内部缺陷。因此，本课题拟在Perovskite/HTL界面加入钝化剂进行修饰，以提高钙钛矿太阳能电池效率。

实施过程：

（1）电池制备：

①FTO玻璃清洗

a.用清水将FTO导电玻璃反复清洗后放入支架中，倒入无水乙醇没过玻璃，盖上保鲜膜，超声30-40 min后更换乙醇，反复3-4次。

b.用镊子取出FTO导电玻璃，正面朝上放入干净的培养皿中。

c.打开培养皿盖子，将玻璃放入臭氧清洗机中清洗30 min。

d.打开培养皿盖子，将玻璃放入等离子机中清洗8 min。

②电子传输层的合成

a.向已洗净的烧杯中加入20 mL环己烷和7 mL油酸，随后逐滴加入1 mL的钛酸四正丁酯。搅拌30 min。

b.向烧杯中逐滴加入油胺5 mL，在60 ℃下搅拌30 min。

c.将烧杯中的溶液转移至反应釜，放入烘箱，设置180 ℃，反应24 h。

d.将得到的白色悬浊液转移至离心管，设置9000 r/min，离心10 min。

e.取上清液于250 mL烧杯中，加入75 mL乙醇，静置分层。

f.将溶液转移至离心管，设置9000 r/min，离心10 min。

g.弃去上清液，吹干沉淀，加入甲苯溶液，配制成50 mg/mL的浓度。

h.密封，放入干燥器备用。

③有机胺盐的制备以吡啶碘盐（PyI）为例：

将1.5 ml的吡啶和3.5 ml的HI溶液在0 ℃下反应两小时，然后在60 ℃旋转蒸发下得到白色固体。将得到的PyI用乙醇重结晶后，再用乙醚洗涤至纯白色。最后将产品放在60 ℃真空干燥箱中干燥12 h。

（2）电池组装

①电子传输层的沉积

a.打开通风橱内汞灯除湿，使温度达到25 ℃左右，湿度达到30%左右。

b.用洗涤剂仔细清洗FTO玻璃片，然后用去离子水，丙酮，乙醇进行15 min连续超声浴清洁。之后，再用臭氧清洗机清洗15 min，等离子清洗机清洗6 min。

c.之后，打开匀胶机开关，设置参数，第一段速度700 rpm，时间5 s，加速度1000 rpm/s；第二段速度4000 rpm，时间20 s，加速度2000 rpm/s。将致密TiO₂（c-TiO₂）经过这两个步骤旋涂在FTO玻璃上。

d.将旋涂好的FTO玻璃放入马弗炉中，设置温度500 ℃，保温30 min。

②钙钛矿层的沉积

a.将沉积好底膜的FTO玻璃放入等离子机中清洗8 min。

b.打开匀胶机开关，设置参数，第一段1000 rpm，时间10秒，加速度2000 rpm/s；第二段速度6500 rpm，时间20 s，加速度3000 rpm/s。

c.启动匀胶机，将20 μL钙钛矿溶液旋涂在FTO玻璃上，在匀胶机停止前5 s，将130 μL氯苯吸涂在FTO玻璃上。

d.将涂好的玻璃放置在加热台上，在100 ℃下退火60 min。

③PyI的沉积

a.打开匀胶机，设置参数，4000 rpm，时间20 s。

b.将吡啶碘盐/吡啶的2-丙烯醇溶液旋涂在钙钛矿薄膜顶部。

c.将涂好的玻璃放在加热台上，在100 ℃下退火10 min。

④Spiro-OMeTAD的沉积

a.采用旋涂法沉积空穴传输层，打开匀胶机，设置参数，4000 rpm，时间30 s，加速度2000 rpm/s。

b.将旋涂好的玻璃放入干燥箱中氧化12 h。

⑤阴极的沉积

将FTO器件从干燥箱中取出，使用棉签蘸取配置好的DMF：甲醇为1:10的溶液擦除掉约3 mm的膜，用洗耳球轻轻吹去表面灰尘，将器件放入架子，插入镀膜机卡槽固定好，盖上罩子。用磁控溅射镀膜机在空穴传输层表面镀上高纯度的Au作为电池的阴极，完成器件的制作，随后将器件放入干燥箱中等待测试效率

通过一系列实验和表征，最终证实了我们想法的可行性和正确性，与我们预期的结果一致，通过引入PyI成功降低了器件的缺陷态密度、有效抑制非辐射复合、使钙钛矿薄膜表面粗糙度降低，器件的稳定性得到了显著提高，并最终获得了21.42%的光电转化效率。

最终在小组成员的不懈努力以及师兄师姐的帮助下，此项目已经顺利完成，并成功的发表在期刊《Journal of Energy Chemistry》，这也证实了我们的创新性得到了认可。

通过本次创新立项，我们获得了以下四点收获及体会：

①对队友：虽然我们团队成员是来自同一个班级，但在成为队友之前的交流并不深，仅仅只是维持在同学关系，但通过这次立项，让我们组成了一个对实验热爱的团队，通过磨合、团队协作、合理分工，让我们更加了解彼此，也让我们走得更远。

②对老师：我们团队能取得现在的进步都离不开孙伟海老师的帮助，是孙老师为我们提供了能进行实验的场所，为我们进行各方面的指导，实验失败了会让我们分析原因并给与鼓励，在此所有团队成员感谢孙老师的支持。

③对师兄师姐：在实验过程中我们难免会遇到处理不了的事，比如进行各项表征啊，手套箱的使用啊，这些都需要麻烦师兄师姐带着我们进行，是师兄师姐的热心与照顾才使得我们的实验得以按计划进行下去，正是感受到了来自师兄师姐的温暖，让我们更加坚定了走科研的道路。

④对实验：还没进入实验室之前，对实验的印象可能就只是像无机实验那样，需要手动搅拌、酒精灯加热等，但真正了解之后会发现其实实验室的仪器更加高级且精密，我们可以用磁子搅拌、用热台加热，而且这两个操作可以同时进行，我们不用长颈漏斗过滤，因为有离心过滤机，从而在很大程度上节省了实验所需的时长，总的来说，真的是开阔了眼界，增长了见识。此外通过这次的项目既加深了我们对钙钛矿电池的进一步了解，也提高了我们的动手能力，感受到了实验的魅力所在，虽然实验可能会有失败，但在失败中总结经验才是真正的成长。

在钙钛矿太阳能电池制备过程中，退火过程容易使钙钛矿表面的I和MA脱离晶体，导致在晶体表面处出现未完全配对的Pb原子，形成电子陷阱态。而路易斯酸和路易斯碱作为电子受体和电子给体，通常被用来钝化钙钛矿中的带电缺陷。

本课题主要采用有机胺盐进行界面调控。以吡啶碘盐（PyI）来进行说明，在Perovskite/HTL界面旋涂一层PyI，其中吡啶阳离子可作为路易斯酸对MA⁺缺陷进行钝化，而PyI中的I^–可作为路易斯碱对钙钛矿吸光层中的I^–缺陷进行钝化。

同时，我们采用的有机胺离子具有疏水特性，利用这一特性，我们可制备具有优越湿度稳定性的2D钙钛矿。另外，调整有机胺盐的烷基链长度可以改变2D钙钛矿本身的结构特性和光电性能。在利用2D钙钛矿对3D钙钛矿表面进行修饰时，通常是在3D钙钛矿薄膜上直接旋涂有机胺盐的异丙醇（IPA）溶液，通过改变其浓度来调整厚度。

通过本次创新立项，我们获得了以下四点收获及体会：

①对队友：虽然我们团队成员是来自同一个班级，但在成为队友之前的交流并不深，仅仅只是维持在同学关系，但通过这次立项，让我们组成了一个对实验热爱的团队，通过磨合、团队协作、合理分工，让我们更加了解彼此，也让我们走得更远。

②对老师：我们团队能取得现在的进步都离不开孙伟海老师的帮助，是孙老师为我们提供了能进行实验的场所，为我们进行各方面的指导，实验失败了会让我们分析原因并给与鼓励，在此所有团队成员感谢孙老师的支持。

③对师兄师姐：在实验过程中我们难免会遇到处理不了的事，比如进行各项表征啊，手套箱的使用啊，这些都需要麻烦师兄师姐带着我们进行，是师兄师姐的热心与照顾才使得我们的实验得以按计划进行下去，正是感受到了来自师兄师姐的温暖，让我们更加坚定了走科研的道路。

④对实验：还没进入实验室之前，对实验的印象可能就只是像无机实验那样，需要手动搅拌、酒精灯加热等，但真正了解之后会发现其实实验室的仪器更加高级且精密，我们可以用磁子搅拌、用热台加热，而且这两个操作可以同时进行，我们不用长颈漏斗过滤，因为有离心过滤机，从而在很大程度上节省了实验所需的时长，总的来说，真的是开阔了眼界，增长了见识。此外通过这次的项目既加深了我们对钙钛矿电池的进一步了解，也提高了我们的动手能力，感受到了实验的魅力所在，虽然实验可能会有失败，但在失败中总结经验才是真正的成长。

经过一年的项目研究，该项目由该学生团队独立完成，在钙钛矿电池领域具有一定创新性，同意其结项！