随着社会发展对能源需求的日益增长以及使用传统能源带来的严重环境污染问题,通过太阳能电池将太阳能转换为电能,成为应对能源问题的有效手段。在过去几年,有机和钙钛矿太阳能电池因其成本低廉、制备工艺简单、质量轻、柔性以及适用于卷对卷工艺制备等优点引起国内外科学工作者和产业界的广泛关注。目前,通过界面工程研究、优化器件制备工艺以及采用新型活性层材料等方法,使得有机和钙钛矿太阳能电池的能量转换效率得到迅速提高。为实现有机和钙钛矿太阳能电池的实际应用,仍需进一步提升器件的光电转换效率和器件稳定性。对于有机和钙钛矿太阳能电池而言,通过界面工程在器件光敏层和阴极之间插入适当的电荷传输层,以改善器件的电荷传输性能从而获得高性能器件。合适的电荷传输材料及结构是实现器件高能量转换效率和稳定性的关键因素。本论文通过对有机和钙钛矿太阳能电池的电荷传输层进行表面修饰及构建纳米结构,优化器件的性能。具体研究内容包括以下三个方面:(1)利用超薄r-GO和TiO2层分别修饰ZnO电荷传输层与阴极界面,以及ZnO与聚合物活性层与界面。同时探究了不同厚度的r-GO和TiO2修饰层对器件性能的影响。研究表明,由浓度为0.5 mg mL-1的r-GO以及浓度为0.1 M的TiO2修饰的ZnO电荷传输层,可获得最优的器件性能。以此双面修饰的ZnO为电荷传输层,可将基于P3HT:PC61BM和PTB7:PC71BM两种活性层体系的有机太阳能电池的光电效率分别提高23.6%和13.3%。进一步探究显示,器件光电转换效率的提升主要源于经双面修饰的ZnO电荷传输层具有更好的电荷传输和收集效率。此外,对ZnO的双面修饰使得器件中活性层/ZnO、ZnO/阴极界面层之间的功函数更加匹配,降低了电荷传输过程中的损失,减少接触电阻。(2)采用水热生长法在ZnO薄膜基底上生长ZnO纳米棒阵列,并在此基底上蒸镀一层超薄的金属铝薄膜作为界面修饰层。研究显示,长度合适的ZnO纳米棒阵列可提升器件性能;超薄金属铝膜修饰可进一步提升器件性能。ZnO纳米棒阵列对器件性能提升的主要原因是ZnO纳米棒阵列可增大电荷传输层与聚合物活性层的接触面积。超薄氧化铝膜可调节ZnO纳米阵列的表面能,提高电荷的收集和传输效率,进一步提升器件性能。(3)我们发展了一种采用自组装及反应离子刻蚀法构建TiO2-Au阵列,调控Au纳米粒子在有机和钙钛矿太阳能电池器件活性层中空间分布的方法。首先通过在TiO2表面组装具有良好分散性的Au纳米粒子阵列,然后采用反应离子刻蚀法制备高度可控的TiO2-Au纳米阵列。这种分散良好、高度可控的阵列可用于调控等离激元金纳米粒子在电池活性层中的空间分布,有助于进一步优化器件性能。