近几年来,有机-无机杂化钙钛矿材料作为一个备受关注的光电材料,已经在许多领域展现出了其优异的性能。比如钙钛矿单节太阳能电池效率已经超过24%,接近最好的单晶硅太阳能电池的效率;钙钛矿电致发光器件发光量子效率超过10%;钙钛矿材料在探测器和催化领域也有卓越的表现。这些高性能器件得益于钙钛矿材料优异的载流子性质:载流子吸收系数高、载流子寿命长、载流子缺陷容忍度高,等等。其中,钙钛矿中的热载流子具有冷却时间较长,迁移程长等优异特点引起了研究人员的关注。半导体材料受光激发产生的热载流子通过发射声子的方式快速地弛豫到带隙边缘,因此造成大量的能量损失,限制了光伏器件的光电转换效率。若能利用钙钛矿中的热载流子弛豫到带边前的能量使其转化为电流,会使钙钛矿太阳能电池的光电转换效率进一步提升。目前,钙钛矿中的热载流子的研究主要依托于超快激光-泵浦技术,在本文中我们提出一种全新的思路来探索钙钛矿中的热载流子:通过构建新型结构的器件筛选钙钛矿中的热电子和冷电子,最终实现稳态条件下直接利用钙钛矿中热载流子的能量。论文的内容包括以下部分:1.首先简要地回顾了热载流子的概念、弛豫理论、热载流子太阳能电池的工作机制,有机-无机杂化钙钛矿材料中的热载流子研究现状:通过超快泵浦研究探测,科研工作者已经揭示出钙钛矿材料中的热载流子弛豫速度比其他半导体材料的热载流子弛豫速度慢很多,证实了有机-无机杂化钙钛矿是热载子太阳能电池合适的半导体吸光材料。2.基于上述分析和对国内外研究现状的调研,我们提出了一种新型结构的器件:内发射热载流子（IPHC）太阳能电池（FTO/TiO₂/Au/MAPbI₃）,旨在稳态光照条件下研究钙钛矿中热载流子的性质并对其加以应用,并通过界面修饰和掺杂进一步提升器件捕获热电子的效率。3.钙钛矿的表面态会导致电子-空穴存在捕获/去捕获过程,造成光生载流子能量的损失,因此我们考虑采用界面修饰钝化钙钛矿表面的缺陷态,进一步提高IPHC器件收集热电子的效率,研究思路是:钙钛矿层的最外侧热蒸镀沉积一层Li F;这种方法简单有效,既有利于钝化钙钛矿表面的缺陷态,又有利于界面偶极（MAPb I₃/LiF）的形成,MAPbI₃/LiF界面偶极的形成促使堆积在钙钛矿表明的电子朝着Au/MAPbI₃界面输运,更多的电子有机会被再次散射。4.在IPHC器件结构中,钙钛矿与高功函金接触将形成肖特基势垒,该势垒是限制IPHC器件收集热电子的主要因素之一,我们考虑通过p型掺杂降低MAPb I₃/Au界面的能带弯曲,研究思路是:在MAPb I₃前驱体溶液中掺入碘化钠（NaI）,实验表明掺杂后的MAPbI₃钙钛矿膜由n型转化为p型。p型钙钛矿膜功函数的改变降低了MAPb I₃/Au界面势垒,使跨过MAPbI₃/Au势垒的热电子数量增多,因此IPHC的器件性能提高。