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近年来,聚合物太阳能电池以及钙钛矿太阳能电池由于其质量较轻,制备成本较低以及可制备成柔性器件等优点,成为了研究的热点。研究者们在提高聚合物以及钙钛矿太阳能电池的光电转化效率方面做出了大量的努力。其中,富勒烯及其衍生物作为受体和电子传输材料在聚合物太阳能电池和钙钛矿太阳能电池中的应用受到了研究者的广泛关注。本论文工作即聚焦于富勒烯衍生物在聚合物和钙钛矿太阳能电池中的应用。既对富勒烯双加成衍生物IC60BA的同分异构体作为电子受体对聚合物太阳能电池性能的影响做了全面系统性分析,也对一系列新型的富勒烯衍生物作为界面修饰层对于钙钛矿太阳能电池器件性能的影响做了深入探讨。具体内容如下:(1)茚双加成富勒烯衍生物同分异构体对于聚合物太阳能电池性能的影响:对富勒烯双加成衍生物受体IC60BA的主要同分异构体进行了分离,并首次对其结构、百分含量、溶解度以及其对以P3HT为给体的聚合物太阳能电池性能的影响进行了全面的研究。研究发现,IC60BA受体存在12个主要的同分异构体,并且这些同分异构体相对应的器件的光伏效率差异非常大(从0.03%到6.06%,光伏效率测试均采用Keithley 2400光源)。特别的是,基于trans-3(a)和e-2同分异构体的聚合物太阳能电池,其器件效率分别为6.06%和5.38%,优于IC60BA混合物对应器件的效率(5.19%)。此外,研究表明,这些同分异构体内的能量无序性对器件效率的影响并不明显。但是,当这些异构体作为聚合物太阳能电池的受体时,异构体中茚基团的相对位置,空间结构以及其溶解度会对太阳能电池活性层的形貌产生重大的影响,从而最终导致基于IC60BA同分异构体的器件光电转化效率差异很大。(2)使用水溶性富勒醇界面层来增强钙钛矿太阳能电池的电子传输:首次采用易于制备的羟基化富勒烯衍生物富勒醇(C60(OH)24-26)修饰钙钛矿太阳能电池的Ti02电子传输层,并对其对于电池性能的影响进行了深入研究。研究发现,引入富勒醇修饰层之后,钙钛矿层(CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿)与电子传输层之间的能带隙减小,有利于提高钙钛矿太阳能电池的开路电压(Voc)。此外,基于富勒醇C60(OH)24-26修饰层的器件表现出提高的电荷传输,高结晶度的钙钛矿薄膜以及降低的界面电阻。因此,基于TiO2/富勒醇电子传输层的器件获得了14.69%的光电转换效率,与基于原始TiO2电子传输层的对比器件(12.50%)相比,效率提高了约17.5%。(3)功能化水溶性富勒烯衍生物阴极界面层来提高钙钛矿太阳能电池的效率:合成了两种新型的功能化水溶性富勒烯衍生物C60O～18(OH)～10(NH2)～8(f-C60)和C70O～18(OH)～10(NH2)～10(f-C70),并将其用作钙钛矿太阳能电池的界面修饰层,制备了基于 ITO/f-C60 or f-C70/C60/CH3NH3PbI3-xClx perovskite/P3HT/MoO3/Ag 的器件来研究f-C60以及f-C70对于器件光电转化效率的影响。研究结果表明,以C60为电子传输层的钙钛矿太阳能电池获得了 13.71%的光电转化效率,而基于f-C60/C60和f-C70/C60电子传输层器件的光电转化效率大幅度增加,分别为16.97%和15.94%。另外,系统的研究和测试表征表明,f-C60和f-C70界面层的引入可以同时促进电子的传输和减少电荷的复合。这一研究结果表明,f-C60和f-C70作为钙钛矿太阳能电池的阴极界面层方面有着潜在的应用潜力。(4)富勒烯衍生物修饰SnO2电子传输层在高效的钙钛矿太阳能电池中的应用:使用苯酚取代的C60吡咯烷富勒烯衍生物(NPC60-OH)来修饰钙钛矿太阳能电池中的SnO2电子传输层。NPC60-OH富勒烯衍生物能够在比较低的125℃的温度下经过简单一步法进行合成。研究表明,经过NPC60-OH层修饰之后,电子能够更加有效地从钙钛矿活性层传输到电子传输层,并且电荷复合降低。另外,相比基于SnO2层的钙钛矿的晶粒,沉积在SnO2/NPC60-OH电子传输层之上的钙钛矿的晶粒增大,平均晶粒尺寸由310nm增加到360nm。由于这些因素的共同影响,基于SnO2/NPC60-OH电子传输层的钙钛矿太阳能电池的性能获得明显的提升。相比于对比器件的效率(19.04%),其最优效率提升至21.39%,并且器件稳定性增加。(5)含有吡啶基团的吡咯烷富勒烯衍生物作为界面修饰层来提高钙钛矿太阳能电池的性能:合成了三种具有不同氮位点的吡啶基吡咯烷富勒烯衍生物Ortho-C60,Meta-C60和Para-C60,并将其用于修饰钙钛矿太阳能电池的SnO2电子传输层,探讨了富勒烯衍生物的杂原子位点对于器件性能的影响。研究表明,Ortho-C60,Meta-C60和Para-C60富勒烯衍生物在光吸收和能级方面的差异可以忽略不计。但是,含有这些富勒烯衍生物的钙钛矿太阳能电池却表现出不同的光电转化效率。其中基于Meta-C60修饰SnO2的器件的转化效率最高,为19.31%,与对照器件(17.30%)相比,提高了 11.6%。密度泛函理论计算结果表明,与Ortho-C60和Para-C60富勒烯衍生物相比,Meta-C60与MAPbI3钙钛矿层的Pb2+表现出更强的配位相互作用,因此提高了基于Meta-C60器件的光电转化效率。