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钙钛矿太阳能电池(PSCs)是一种新型的光伏电池,具有工艺简单、原料易得、转换效率高等优点,被《Sciences》评为2013年十大科学突破之一。然而作为PSCs核心功能层的钙钛矿材料甲胺铅碘(MAPbI3)存在稳定性差、重复率低、原料有毒等缺点,极大程度上制约了 PSCs的产业化发展。本文基于钙钛矿的ABX3结构,利用不同位置离子掺杂和取代合成新型钙钛矿材料。研究了离子掺杂对材料和器件的物相结构、表面形貌、光吸收强度、荧光光谱、荧光寿命、光电参数、以及γ射线和中子屏蔽防护等性能的影响。首先,通过无机离子铯(Cs+)掺杂取代有机基团甲胺(MA+),提高钙钛矿材料的稳定性和可重复性。结果表明,少量的Cs+掺杂有利于钙钛矿的结晶,随着Cs+摩尔比例掺杂量的增加,钙钛矿薄膜由平整致密转变为凹凸稀疏,薄膜的表面粗糙度和禁带宽度增大;光吸收强度、荧光光谱相应和荧光寿命均是先上升再下降。其中,吸收层为Cs0.iMA0.9PbI3的PSCs获得了 14.56%的最高光电转换效率(PCE)相应的开路电压Voc=0.987 V,短路电流 Jsc=22.54 mA·cm-2,填充因子 FF=0.654。然后,通过无毒的非铅离子铜(Cu2+)掺杂取代铅离子(Pb2+),制备低毒环保的新型钙钛矿材料。结果表明,随着Cu2+摩尔比例掺杂量的增加,MACuxPb1-xBr2uI3-2x钙钛矿的结晶性下降、禁带宽度减小,薄膜表面出现孔洞缺陷和团聚,薄膜的光吸收、荧光响应、荧光寿命以及相应PSCs的Voc、Jsc、FF和PCE均呈现不同程度的下降。之后,通过一步法合成CsSnI3无机非铅钙钛矿材料,选用不同纯度的SnI2合成钙钛矿前驱体并旋涂成膜,并添加不同的氢卤酸作为表面修饰剂。结果表明,随着SnI2纯度的增加,CsSnI3钙钛矿内的杂相减少,单晶颗粒结晶性提高;添加不同的氢卤酸表面修饰剂后薄膜性能均有所提高,表面粗糙度下降、缺陷减少,单晶颗粒结晶性提高,光吸收、荧光光谱强度和荧光寿命等光电性能显著改善,其中HI的优化性能最好,HCl次之。最后,采用冰浴搅拌生成了具有良好结晶性能的高纯MABF4晶体粉末,并制备了对γ射线和中子具有良好屏蔽性能的硼氟根(BF4-)基钙钛矿。结果表明,MAPbI2BF4钙钛矿对80.998 keV的γ射线的吸收系数是NaCl参比样品的2.44倍,慢化超热中子能力是MABF4和NaCl参比样的5倍;而厚度1 cm,50 wt%的MABF4样品对中子的屏蔽率高达57%。