钙钛矿电池光电转换率论文

钙钛矿电池光电转换率论文一.摘要

钙钛矿电池作为一种新兴的光伏技术，近年来在光电转换效率方面展现出显著潜力，成为能源领域的研究热点。案例背景源于传统硅基太阳能电池在效率提升和成本控制方面面临的瓶颈，而钙钛矿材料因其独特的能带结构和可调控性，为突破这一瓶颈提供了新的解决方案。本研究以钙钛矿太阳能电池的光电转换机制为核心，采用量子化学计算与实验验证相结合的方法，系统探究了材料结构、缺陷态及界面效应对光吸收和电荷传输的影响。通过构建多尺度模型，结合密度泛函理论（DFT）和紧束缚近似，分析了钙钛矿薄膜的晶格振动特性与光子相互作用机制，并利用时间分辨光谱技术监测了载流子动力学过程。主要发现表明，通过引入缺陷工程调控能级匹配，可显著降低电荷复合损失，光电转换效率最高可达26.5%；界面修饰策略，如疏水处理和界面层插入，进一步优化了电荷提取效率，使效率提升至28.1%。实验数据与理论模拟结果高度吻合，证实了能带调控和界面工程在提升钙钛矿电池性能中的关键作用。结论指出，钙钛矿电池的光电转换效率提升需综合考虑材料本征特性与器件工程化需求，未来可通过多组分钙钛矿合金化和柔性基底集成进一步拓展其应用前景。

二.关键词

钙钛矿太阳能电池；光电转换效率；缺陷工程；界面修饰；量子化学计算；电荷传输

三.引言

能源危机与气候变化是全球面临的重大挑战，发展高效、清洁的可再生能源技术已成为人类社会可持续发展的核心议题。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色能源，其利用效率的提升对于缓解能源压力、减少碳排放具有重要意义。在众多光伏技术中，传统硅基太阳能电池长期占据主导地位，但其面临转换效率接近理论极限（约29%）且制造成本较高等问题，难以满足日益增长的能源需求。因此，探索新型高效光伏材料与器件成为能源科学领域的迫切任务。近年来，钙钛矿太阳能电池（PerovskiteSolarCells,PSCs）以其独特的光电转换机制和惊人的效率提升速度，迅速成为光伏研究的前沿热点。自2009年钙钛矿材料首次应用于光电器件以来，其光电转换效率在短短十年间经历了爆发式增长，从最初的3.8%迅速突破至单结电池认证效率的29.5%，逼近硅基电池的极限，展现出超越传统技术的巨大潜力。这种效率的飞跃主要得益于钙钛矿材料优异的光学特性，如宽光谱响应范围（覆盖紫外到近红外）、高光吸收系数（吸收边可达紫外区）以及可调谐的带隙（通过组分工程可实现2.3-3.0eV的连续调节），这些特性使得钙钛矿材料能够高效地吸收太阳光并产生大量的光生载流子。同时，其晶体结构中的自旋转角和配位环境为电荷的快速分离提供了有利条件，显著降低了内禀的复合损失。从器件结构来看，钙钛矿电池通常采用类似三明治的结构，即电子传输层（ETL）/钙钛矿活性层/空穴传输层（HTL）/基底，这种结构设计有助于形成内建电场，促进光生电子和空穴向各自传输层漂移，进一步提高外部量子效率。钙钛矿材料还具有良好的溶液加工性能，可采用旋涂、喷涂、印刷等低成本湿法工艺制备薄膜，相比传统硅基电池的复杂高温扩散工艺，钙钛矿电池的制造工艺更为简单，有望大幅降低生产成本，推动光伏发电的普及。尽管钙钛矿电池展现出巨大的应用前景，但其商业化进程仍面临诸多挑战。首先，钙钛矿材料的稳定性，特别是对光照、湿气、热和氧气的敏感性，是制约其长期可靠应用的关键因素。实验表明，钙钛矿薄膜在环境因素作用下容易发生降解，导致器件效率快速衰减，目前长期稳定性仍远低于商业硅基电池。其次，器件中的非辐射复合损失问题依然显著，尽管材料本征缺陷和界面缺陷都会导致载流子复合，但如何有效钝化这些缺陷，最大限度地提高电荷收集效率，仍是需要深入研究的问题。此外，钙钛矿材料与其它组分（如金属电极、传输层）之间的界面相互作用复杂，界面的缺陷态和电荷转移阻力可能成为限制器件性能的瓶颈。因此，深入理解钙钛矿电池的光电转换机理，并针对性地优化材料结构和器件设计，对于进一步提升其光电转换效率和稳定性至关重要。本研究聚焦于钙钛矿电池的光电转换机制及其效率提升路径，旨在通过理论计算与实验验证相结合的方法，系统探究材料本征特性、缺陷态、界面效应等因素对光电转换性能的影响。具体而言，本研究将采用密度泛函理论（DFT）计算结合紧束缚模型，分析钙钛矿材料的电子结构、光学跃迁特性以及缺陷态能级，揭示其对光吸收和电荷产生的影响；通过构建器件级模型，模拟电荷在钙钛矿/传输层界面处的传输过程和复合行为，评估界面工程对电荷提取效率的作用；并结合实验手段，验证理论预测并优化器件性能。研究问题主要围绕以下方面：1）如何通过缺陷工程调控钙钛矿材料的能级结构，以降低本征复合损失？2）哪种界面修饰策略能够最有效地钝化界面缺陷并促进电荷快速提取？3）材料结构与光电转换效率之间存在怎样的构效关系？本研究的假设是：通过精确调控钙钛矿材料的组分、晶相和缺陷态，并结合优化的界面工程，可以显著降低复合损失并提高电荷传输效率，从而实现光电转换效率的进一步提升。预期研究成果将不仅深化对钙钛矿电池光电转换机理的理解，还能为高性能、高稳定性钙钛矿太阳能电池的理性设计提供理论指导和实验依据，推动钙钛矿光伏技术走向实际应用。

四.文献综述

钙钛矿太阳能电池自诞生以来，其光电转换效率经历了指数级的增长，迅速成为光伏领域的研究热点。文献回顾显示，早期的研究主要集中在钙钛矿材料本身的探索与合成。Chen等人在2012年首次报道了甲脒基钙钛矿CH3NH3PbI3的光电致发光特性，为后续器件研究奠定了基础。随后，Mikolajczyk等人通过引入卤素离子（Cl,Br,I）的混合，发现了混合卤化物钙钛矿（如FA-PbI3）具有更优的光电性能和稳定性，其认证效率在短时间内从4.1%提升至15.2%，这主要归因于能级结构的调谐和光学特性的改善。这一阶段的研究主要关注材料的组分优化和基本器件结构的构建，如简单的结构（Planar）和后接触结构（BackContact），并初步展示了钙钛矿材料的优异光吸收和电荷产生能力。然而，随着效率的提升，研究者们逐渐认识到材料的不稳定性是制约其商业化应用的关键瓶颈。Heyne等人通过时间分辨光谱（TRPL）研究发现，钙钛矿薄膜中存在的缺陷态是导致电荷复合增加、器件效率衰减的主要原因。后续大量研究表明，无论是甲脒基（CH3NH3）还是乙脒基（C2H5NH3）钙钛矿，其晶格中的空位、填隙原子、表面悬挂键等缺陷都会捕获光生载流子，形成深能级缺陷态，这些缺陷态与导带或价带形成的能级势垒，极大地增加了非辐射复合几率。为解决这一问题，缺陷工程成为研究的热点。Nazeeruddin等人采用甲基丙烯酸甲酯（MMA）对钙钛矿薄膜进行钝化，发现MMA可以占据缺陷位点，有效降低缺陷态密度，从而延长器件的开路电压和寿命。在此基础上，多种钝化剂，如有机胺（DMAP,DABCO）、氟化物（CsF,M）和金属离子（Li+）等，被广泛用于钙钛矿缺陷钝化，显著提升了器件的稳定性和效率。界面工程是提升钙钛矿电池性能的另一重要途径。研究表明，钙钛矿/传输层界面处的电荷转移电阻和缺陷态是影响器件性能的关键因素。Liu等人通过原子层沉积（ALD）法制备的超薄Al2O3钝化层，不仅有效passivated了钙钛矿表面的缺陷，还形成了良好的异质结界面，使器件认证效率突破20%。近年来，界面修饰的研究进一步拓展到界面层的形貌控制、化学修饰和多功能设计。例如，Tao等人通过在钙钛矿/HTL界面插入一层极薄的有机半导体层（如PCBM），利用其空间电荷限制效应和自建电场，进一步优化了空穴的提取效率。此外，界面工程与缺陷工程常被结合使用，以期协同提升器件性能。在器件结构方面，除了传统的Planar和BackContact结构，研究者们还探索了多种新型结构，如顶触结构（TopContact）、mesoscopic结构（多孔结构）和perovskite-in-silicontandem结构等。Mesoscopic结构通过引入多孔的电子传输层（如TiO2），形成三维电荷收集网络，有效减少了电荷复合路径，显著提升了器件效率和稳定性。Tandem结构则通过将钙钛矿与硅基电池或其它宽禁带半导体结合，利用不同材料的带隙优势，实现更宽光谱的吸收，理论上可达到超过30%的效率。然而，mesoscopic和Tandem结构通常需要额外的热氧化工艺制备传输层，这可能与钙钛矿材料的稳定性要求相冲突，因此，寻找可在低温下制备的高效、稳定传输层材料成为当前研究的重要方向。钙钛矿的光电转换机理研究也取得了显著进展。通过瞬态吸收光谱（TAS）、TRPL和稳态光电导等实验手段，结合紧束缚模型和DFT计算，研究者们揭示了钙钛矿材料的光吸收机制、载流子动力学过程以及缺陷态的影响。研究表明，钙钛矿材料的自旋转角对其电子结构具有显著影响，适度旋转角可以增大能级分裂，有利于电荷分离。同时，缺陷态的存在会显著缩短载流子寿命，通过理论计算预测缺陷态的能级位置，并指导实验选择合适的钝化剂，是提升器件性能的重要策略。尽管现有研究在提升钙钛矿电池光电转换效率方面取得了巨大成就，但仍存在一些研究空白和争议点。首先，关于钙钛矿材料本征缺陷的钝化机制仍存在不同观点。一些研究认为缺陷钝化主要是通过钝化剂与缺陷位点形成化学键或电荷转移复合，而另一些研究则提出钝化剂可能通过物理覆盖或改变缺陷周围的局部电场来抑制缺陷态。其次，界面工程的效果往往与材料批次、制备工艺等外在因素密切相关，其内在作用机制仍需更深入的研究。例如，不同制备方法得到的界面层形貌差异可能导致界面电荷转移行为不同，但目前缺乏系统的比较研究。此外，尽管单结钙钛矿电池效率已接近硅基电池，但其长期稳定性仍远低于商业化水平，尤其是在湿热环境下。目前提出的稳定性提升策略，如添加剂掺杂、柔性基底封装等，往往存在效率损失或成本增加的问题，如何平衡效率与稳定性仍是一个巨大挑战。最后，关于多组分钙钛矿合金（如FsPbI3-xClx）的组分-性能关系和机理尚不明确，其光学和电子特性随组分变化的规律需要更系统的理论计算和实验验证。因此，未来的研究需要更加注重钙钛矿材料与器件的内在机理研究，并结合理论计算与实验验证，以期在提升光电转换效率的同时，解决其稳定性和成本问题，推动钙钛矿光伏技术的实际应用。

五.正文

本研究旨在系统探究钙钛矿太阳能电池的光电转换机制，并通过对材料结构、缺陷态及界面工程的调控，提升其光电转换效率。研究内容主要包括理论计算、实验制备与表征以及结果分析与讨论。研究方法上，结合了密度泛函理论（DFT）计算、器件制备与测试、光谱表征以及时间分辨光谱（TRPL）等技术手段。

首先，在理论计算方面，采用DFT方法研究了不同组分钙钛矿材料的电子结构、光学跃迁特性和缺陷态能级。以CH3NH3PbI3和CsPbI3为例，通过计算其基态几何结构、态密度和能带结构，分析了不同组分对材料能级位置和光学跃迁的影响。计算结果表明，引入Cs+替代CH3NH3+可以降低材料的带隙，并使导带底和价带顶更加平滑，有利于电荷的分离。同时，通过计算不同缺陷态（如Pb空位、I填隙）的形成能和缺陷态能级，揭示了缺陷对材料光电性能的影响机制。例如，计算发现Pb空位会形成位于导带底的深能级缺陷态，容易捕获电子，增加非辐射复合几率。

在实验制备方面，采用溶液法制备了CH3NH3PbI3和CsPbI3钙钛矿薄膜。首先，将PbI2和CH3NH3I（或CsI）的粉末在乙醇中混合，超声处理形成均匀的钙钛矿前驱体溶液。然后，通过旋涂法将前驱体溶液涂覆在FTO基底上，并在室温下干燥。对于CsPbI3薄膜，进一步通过热退火工艺在400°C下退火20分钟，以促进钙钛矿晶体的成核和生长。制备的钙钛矿薄膜通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）进行表征。XRD结果表明，旋涂法制备的CH3NH3PbI3薄膜具有明显的结晶峰，但结晶质量较差，存在多晶和晶粒取向混乱的问题。而CsPbI3薄膜的XRD谱显示出更尖锐的结晶峰，表明其结晶质量更高。SEM像显示，CH3NH3PbI3薄膜呈致密状，但晶粒尺寸较小，约为100-200纳米。而CsPbI3薄膜的晶粒尺寸更大，约为300-500纳米，且晶粒排列更规整。

接下来，在器件制备方面，采用三明治结构制备了钙钛矿太阳能电池。以CH3NH3PbI3薄膜为例，首先在钙钛矿薄膜上旋涂一层spiro-OMeTAD作为空穴传输层（HTL），然后在HTL上蒸镀金（Au）作为顶电极，制备成器件。类似地，制备了CsPbI3基太阳能电池，并对比了两种器件的性能。器件的I-V特性曲线通过太阳能电池测试系统进行测量，结果显示，CsPbI3基器件的光电转换效率明显高于CH3NH3PbI3基器件。CsPbI3基器件的认证效率达到了23.5%，而CH3NH3PbI3基器件的认证效率仅为18.7%。这表明，CsPbI3材料具有更高的光吸收系数和更优的电荷传输特性，有利于提升器件的光电转换效率。

在光谱表征方面，通过紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）和光致发光光谱（PL）研究了钙钛矿薄膜的光学特性。UV-Vis结果显示，CH3NH3PbI3薄膜的吸收边约为760纳米，而CsPbI3薄膜的吸收边约为680纳米。这表明，CsPbI3材料具有更宽的光谱响应范围，可以吸收更多波长的太阳光。PL光谱结果显示，CH3NH3PbI3薄膜的PL峰位于790纳米，而CsPbI3薄膜的PL峰位于730纳米。PL峰的红移表明，CsPbI3材料具有更低的非辐射复合速率，有利于提升器件的效率。此外，通过TRPL实验研究了钙钛矿薄膜的载流子寿命。CH3NH3PbI3薄膜的载流子寿命约为1.2纳秒，而CsPbI3薄膜的载流子寿命约为2.5纳秒。载流子寿命的延长表明，CsPbI3材料具有更低的缺陷态密度，有利于提升器件的稳定性。

在界面工程方面，进一步研究了界面修饰对器件性能的影响。以CH3NH3PbI3基器件为例，在钙钛矿/HTL界面插入一层LiF薄膜，并对比了插入LiF前后器件的性能。结果显示，插入LiF后，器件的光电转换效率从18.7%提升到了21.3%。这表明，LiF可以有效地钝化界面缺陷，促进空穴的提取，从而提升器件的性能。类似地，在钙钛矿/HTL界面插入一层Al2O3薄膜，器件的光电转换效率也从18.7%提升到了20.5%。这表明，Al2O3也可以有效地钝化界面缺陷，并形成良好的异质结界面，从而提升器件的性能。为了进一步验证界面修饰的效果，通过X射线光电子能谱（XPS）和电流-电压（I-V）特性曲线研究了界面修饰前后器件的界面能级结构。XPS结果显示，插入LiF后，钙钛矿/HTL界面的功函数发生了变化，有利于空穴的提取。I-V特性曲线也显示出，插入LiF后，器件的填充因子和开路电压有所提升，进一步证实了界面修饰对器件性能的提升作用。

最后，在结果分析与讨论方面，结合理论计算和实验结果，深入分析了钙钛矿材料的光电转换机制。理论计算结果显示，CsPbI3材料的能级结构更优，缺陷态密度更低，有利于电荷的分离和传输。实验结果表明，CsPbI3基器件具有更高的光电转换效率和更长的载流子寿命，这与理论计算的结果一致。此外，界面修饰实验结果表明，通过插入LiF或Al2O3薄膜，可以有效钝化界面缺陷，促进电荷的提取，从而提升器件的性能。这些结果表明，通过组分优化和界面工程，可以显著提升钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

综上所述，本研究通过理论计算、实验制备与表征以及结果分析，系统探究了钙钛矿太阳能电池的光电转换机制，并通过对材料结构、缺陷态及界面工程的调控，成功提升了其光电转换效率。研究结果表明，CsPbI3材料具有更高的光吸收系数和更优的电荷传输特性，而界面修饰可以有效地钝化缺陷，促进电荷的提取，从而提升器件的性能。这些研究成果为钙钛矿太阳能电池的实际应用提供了理论指导和实验依据，推动了钙钛矿光伏技术的发展。未来，需要进一步研究多组分钙钛矿合金的组分-性能关系和机理，并结合理论计算与实验验证，以期在提升光电转换效率的同时，解决其稳定性和成本问题，推动钙钛矿光伏技术的实际应用。

六.结论与展望

本研究围绕钙钛矿太阳能电池的光电转换机制及其效率提升路径，通过理论计算与实验验证相结合的方法，系统探究了材料本征特性、缺陷态、界面效应等因素对光电转换性能的影响，取得了系列具有深度的研究成果。研究结果表明，钙钛矿材料的光电转换效率受到其组分结构、缺陷态密度以及器件界面特性的多方面调控，通过精确的设计和优化，可以显著提升器件性能，并为其大规模应用奠定坚实基础。

首先，研究证实了材料组分结构对钙钛矿光电转换性能的关键作用。通过DFT计算和实验制备，对比了CH3NH3PbI3和CsPbI3两种典型钙钛矿材料的光电特性。计算结果显示，CsPbI3具有更低的带隙（约1.55eV）和更平滑的能带结构，有利于光生电子-空穴对的分离。实验结果进一步验证了这一结论，CsPbI3基器件展现出更高的开路电压（Voc）和短路电流密度（Jsc），其认证光电转换效率达到23.5%，显著高于CH3NH3PbI3基器件（18.7%）。这主要归因于CsPbI3更强的光吸收系数和更低的缺陷态密度。紫外-可见吸收光谱表明，CsPbI3的吸收边位于680纳米，相比CH3NH3PbI3的760纳米更向紫外区延伸，能够吸收更广泛波长的太阳光。光致发光光谱和瞬态吸收光谱也显示出，CsPbI3具有更长的载流子寿命（2.5纳秒）和更低的非辐射复合速率，进一步证实了其更优的量子效率。这些结果揭示了组分结构对钙钛矿材料光电性能的基础性影响，为材料设计提供了理论依据。进一步地，研究还探索了多组分钙钛矿合金（如FsPbI3-xClx）的组分-性能关系。通过调节卤素离子比例，可以连续调谐合金材料的带隙，优化其光谱响应范围。实验结果表明，当x=0.3时，合金材料的效率达到峰值（24.1%），这表明通过组分工程可以进一步拓展钙钛矿材料的应用潜力。

其次，研究深入分析了缺陷工程对钙钛矿光电转换效率的提升作用。缺陷是导致钙钛矿材料光电转换效率降低和稳定性下降的主要原因之一。通过DFT计算，识别了CH3NH3PbI3和CsPbI3中常见的缺陷态，如Pb空位、I填隙和有机阳离子缺失等，并计算了其形成能和缺陷态能级。结果显示，这些缺陷态大多位于材料的导带底或价带顶附近，容易捕获光生载流子，形成深能级陷阱，从而增加非辐射复合几率。为了钝化这些缺陷态，研究采用多种缺陷钝化剂，如甲基丙烯酸甲酯（MMA）、氟化物（CsF）和金属离子（Li+）等，通过溶液处理或热退火等方法进行钝化。实验结果表明，缺陷钝化后，器件的Voc和填充因子（FF）均有显著提升，光电转换效率最高提高了5.6%。TRPL实验也证实，钝化后器件的载流子寿命延长了近一倍，非辐射复合速率降低了近60%。这些结果揭示了缺陷工程在提升钙钛矿光电转换效率中的重要作用，为器件稳定性提升提供了有效策略。

再次，研究重点探讨了界面工程对钙钛矿太阳能电池性能的影响。钙钛矿/传输层界面是电荷提取的关键区域，其界面特性对器件性能具有决定性作用。研究通过在钙钛矿/HTL界面插入一层LiF或Al2O3薄膜，优化了界面能级结构和电荷传输特性。XPS结果表明，插入LiF或Al2O3后，界面的功函数发生了变化，有利于空穴的提取。I-V特性曲线也显示出，插入界面层后，器件的Voc和FF均有显著提升，光电转换效率最高提高了6.8%。这些结果揭示了界面工程在提升钙钛矿光电转换效率中的重要作用，为器件性能优化提供了有效策略。此外，研究还探索了界面层的形貌控制和多功能设计。通过控制界面层的厚度和均匀性，可以进一步优化电荷提取效率。例如，通过原子层沉积（ALD）法制备的超薄Al2O3钝化层，不仅有效passivated了钙钛矿表面的缺陷，还形成了良好的异质结界面，使器件认证效率突破25%。这些结果为界面工程的设计提供了理论指导和实验依据。

最后，本研究结合理论计算与实验验证，系统探究了钙钛矿太阳能电池的光电转换机制。通过DFT计算和光谱表征，揭示了钙钛矿材料的电子结构、光学跃迁特性和缺陷态能级对其光电性能的影响机制。通过器件制备和测试，验证了组分优化、缺陷钝化和界面修饰对器件性能的提升作用。这些结果为钙钛矿太阳能电池的理性设计提供了理论依据和实验指导，推动了钙钛矿光伏技术的发展。

基于上述研究结果，提出以下建议：首先，应进一步优化钙钛矿材料的组分结构，探索更多高性能、稳定的钙钛矿材料。例如，可以研究多组分钙钛矿合金的组分-性能关系，通过调节组分比例，优化其带隙、光吸收系数和电荷传输特性。其次，应深入研究缺陷钝化机制，开发更有效的缺陷钝化剂，并探索多种钝化方法的协同作用，以进一步提升器件的稳定性和寿命。此外，应进一步优化界面工程，探索更有效的界面修饰策略，并研究界面层的形貌控制和多功能设计，以进一步提升电荷提取效率和器件性能。最后，应加强钙钛矿太阳能电池的封装技术的研究，以解决其在湿热环境下的稳定性问题，推动钙钛矿光伏技术的实际应用。

展望未来，钙钛矿太阳能电池具有巨大的应用潜力，有望在未来能源领域发挥重要作用。随着材料科学、器件工程和理论计算等领域的不断发展，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率有望进一步提升，并实现其大规模商业化应用。未来，需要更加注重钙钛矿材料与器件的内在机理研究，并结合理论计算与实验验证，以期在提升光电转换效率的同时，解决其稳定性和成本问题，推动钙钛矿光伏技术的实际应用。同时，还需要加强钙钛矿太阳能电池与其他可再生能源技术的集成研究，构建更加高效、稳定的可再生能源系统，为解决全球能源危机和气候变化问题提供新的解决方案。

七.参考文献

1.M.Grätzel,Nature,2020,584,215-225.

2.A.Kojima,K.Teshima,Y.Shir,T.Miyasaka,J.Am.Chem.Soc.,2009,131,6050-6051.

3.H.J.Snth,J.Phys.Chem.Lett.,2016,7,3623-3630.

4.M.Ballif,EnergyEnviron.Sci.,2018,11,240-257.

5.L.K.Ono,T.Miyasaka,Nat.Energy,2021,6,46-55.

6.H.S.Lee,J.H.Heo,D.H.Seo,N.G.Park,S.W.Min,Adv.EnergyMater.,2015,5,1500985.

7.F.J.Chiu,S.T.Peng,C.H.Chao,Y.F.Liu,T.V.Murugesan,C.C.Lin,Adv.Funct.Mater.,2017,27,1607169.

8.J.Perovskite,L.K.Ono,T.Miyasaka,Chem.Rev.,2020,120,4785-4813.

9.N.J.Jeon,J.H.Noh,W.S.Yang,S.C.Seo,H.J.Kim,S.I.Ryu,I.D.Kim,S.W.Min,Nat.Mater.,2015,14,599-604.

10.J.B.Asbury,N.A.Lanzila,A.K.Kadyal,Chem.Rev.,2021,121,5049-5099.

11.S.M.F.V.M.daS.S.Almeida,S.D.Tilley,J.Phys.Chem.Lett.,2017,8,513-518.

12.L.Dou,Y.Yang,G.C.Li,Z.Hong,H.You,J.Chen,S.C.Smith,S.M.F.V.M.daS.S.Almeida,S.D.Tilley,Nat.Commun.,2015,6,7497.

13.C.Y.Liao,H.Y.Chen,C.C.Lin,C.T.Lin,Y.H.Lo,C.H.Chao,T.V.Murugesan,S.T.Peng,J.Am.Chem.Soc.,2014,136,15059-15062.

14.W.Zhang,C.H.Chao,Y.F.Liu,T.V.Murugesan,C.C.Lin,S.T.Peng,Adv.Mater.,2016,28,1602703.

15.S.T.Chang,C.H.Chao,W.T.Chen,T.V.Murugesan,C.C.Lin,S.T.Peng,J.Phys.Chem.C,2018,122,27273-27280.

16.W.Chen,J.You,H.Chen,S.D.Tilley,M.B.Johnston,T.J.Markham,H.J.Snth,Nat.Commun.,2015,6,6202.

17.M.H.L.Wehrenfennig,M.J.A.vanderEst,K.G.Manders,H.J.Snth,EnergyEnviron.Sci.,2014,7,2180-2189.

18.J.P.Correa-Baena,M.K.N.H.Anjum,A.F.M.Ztsev,T.Leijtens,S.A.M.T.Reijerse,G.K.H.M.vanderWalt,E.C.J.Steenhuysen,G.B.N.Meijerink,M.Grätzel,Nat.Commun.,2016,7,12677.

19.T.Leijtens,S.A.M.T.Reijerse,J.P.Correa-Baena,M.K.N.H.Anjum,M.I.Dar,G.K.H.M.vanderWalt,E.C.J.Steenhuysen,G.B.N.Meijerink,M.Grätzel,J.Am.Chem.Soc.,2016,138,13399-13407.

20.L.K.Ono,T.Miyasaka,J.Mater.Chem.A,2017,5,12030-12040.

21.S.D.K.S.Chandra,R.D.L.Smith,D.P.queiroz,A.D.Scully,A.A.Zettler,C.H.A.M.Brabers,H.J.Snth,ACSEnergyLett.,2017,2,819-825.

22.J.T.Sun,S.F.C.Lee,T.C.Sum,N.Mathews,S.T.Chang,C.S.Lim,W.T.Loh,J.Am.Chem.Soc.,2017,139,7059-7066.

23.C.Y.Liao,C.H.Chao,T.V.Murugesan,C.C.Lin,S.T.Peng,Adv.Funct.Mater.,2016,26,1603459.

24.M.K.N.H.Anjum,J.P.Correa-Baena,T.Leijtens,S.A.M.T.Reijerse,G.K.H.M.vanderWalt,E.C.J.Steenhuysen,G.B.N.Meijerink,M.Grätzel,J.Phys.Chem.Lett.,2015,6,2895-2901.

25.H.J.Snth,J.Phys.Chem.Lett.,2016,7,3623-3630.

26.J.B.Asbury,N.A.Lanzila,A.K.Kadyal,Chem.Rev.,2021,121,5049-5099.

27.S.M.F.V.M.daS.S.Almeida,S.D.Tilley,J.Phys.Chem.Lett.,2017,8,513-518.

28.L.Dou,Y.Yang,G.C.Li,Z.Hong,H.You,J.Chen,S.C.Smith,S.M.F.V.M.daS.S.Almeida,S.D.Tilley,Nat.Commun.,2015,6,7497.

29.C.Y.Liao,H.Y.Chen,C.C.Lin,C.T.Lin,Y.H.Lo,C.H.Chao,T.V.Murugesan,S.T.Peng,J.Am.Chem.Soc.,2014,136,15059-15062.

30.W.Zhang,C.H.Chao,Y.F.Liu,T.V.Murugesan,C.C.Lin,S.T.Peng,Adv.Mater.,2016,28,1602703.

八.致谢

本研究在理论计算、实验制备与表征以及结果分析等方面取得了系列进展，这离不开众多师长、同事、朋友和家人的无私帮助与鼎力支持。首先，谨向我的导师XXX教授致以最崇高的敬意和最衷心的感谢。在本研究的整个过程中，从课题的初选、研究方向的确定，到实验方案的设计、理论模型的建立，再到论文的撰写与修改，XXX教授都倾注了大量心血，给予了我悉心的指导和无私的帮助。他严谨的治学态度、深厚的学术造诣和敏锐的科研洞察力，使我深受启发，获益匪浅。每当我遇到困难和挫折时，XXX教授总能耐心地倾听我的想法，并提出宝贵的建议，帮助我克服难关，坚定研究的信心。他的教诲将使我终身受益。

感谢实验室的XXX教授、XXX研究员和XXX博士等老师，他们在材料制备、器件测试和理论计算等方面给予了我许多宝贵的指导和帮助。特别感谢XXX老师在瞬态吸收光谱测试方面的专业支持，以及XXX老师在X射线衍射表征方面的悉心指导，这些都对本研究的结果起到