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有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池由于光伏性能出众、制作工艺简单、制备成本低廉等一系列优点，吸引了广泛的关注，器件光电转化效率在短短几年内就被推进到22.7％。与此同时，要实现该类器件的产业化和市场化，仍然有很多问题亟待研究清楚:1）有机-无机杂化钙钛矿材料的基本物理性能到底如何，能否满足光伏器件长期稳定工作的需求;2）常用电荷传输层(TiO2、PTAA、spiro-OMeTAD)都对有机-无机杂化钙钛矿材料有破坏作用，必须寻找新的传输层来避免盲目的“效率狂欢”;3）含铅锡的化合物环境毒性较强，如果有可能的话，尽量寻找环境友好型的替代物;4）含卤素的钙钛矿结构材料大部分对水比较敏感（不管有机无机，泡水马上分解），该类材料是否真的适合用作太阳能电池吸收层。为此，本论文从实际应用角度出发，围绕钙钛矿材料制备及器件制备进行了一系列探索，力求为这个领域的理性健康发展做点儿贡献。主要内容包括: 一、PDVT空穴传输层在钙钛矿太阳能电池中的应用 常用的spiro-OMeTAD或PTAA空穴传输层需要添加剂才能获得较高的性能，而这些添加剂会直接或间接破坏钙钛矿吸收层。本工作采用空穴迁移率高达～8.2cm2V-1s-1，HOMO能级为-5.28eV的PDVT-10共聚物作为MAPbI3钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，得到13.4％的光电转换效率。这个效率是彼时共聚物作为钙钛矿太阳能电池空穴传输层所获得的最高效率。PDVT-10无需任何添加剂，不会对MAPbI3钙钛矿造成任何破坏，并且可以起到封装作用，减缓MAPbI3的分解，另外，PDVT-10具有非常好的热稳定性，完全可以承受85℃的工业化测试，真正符合钙钛矿太阳能电池工业化生产对长期稳定性的要求，是理想的钙钛矿太阳能电池空穴传输层材料。 二、混合溶剂策略在CsPbI2Br钙钛矿太阳能电池中的应用 无机钙钛矿材料由于良好的热稳定性，受到越来越多的关注。本工作中，通过简单一步旋涂法制备高质量α-CsPbI2Br薄膜，旋涂过程无需使用反相溶剂冲洗或其它辅助手段。所得CsPbI2Br钙钛矿薄膜厚度400nm左右，晶粒尺寸2-5μm，纵横比5-12，是己知文献报道的最大晶粒，薄膜荧光寿命22ns左右，器件光电转换效率可达10.87％。同时通过长达一年的实验观察证明，低水氧值情况下α-CsPbI2Br可以非常稳定。 三、Cs2Pb(SCN)2I2二维钙钛矿材料的研究与应用 面对三维钙钛矿材料不可避免的湿度稳定性问题，本工作着手开发理论上可能稳定一些的二维钙钛矿材料，第一次从实验上制备了二维Cs2Pb(SCN)2I2钙钛矿材料及薄膜，并确定该材料禁带宽度为2.07eV。Cs2Pb(SCN)2I2展示了很强的光致发光效应，荧光寿命高达～20ns，表明该材料无深能级缺陷。通过一步法旋涂可以制备光滑致密连续的薄膜，非常适合大规模器件制备。另外，Cs2Pb(SCN)2I2和MA2Pb(SCN)2I2这两个基于[Pb(SCN)2I2]2-框架的钙钛矿材料，展示了相同晶体结构，却有着完全不同的性能，其中的科学问题很值得探索。 四、CH3NH3PbI3单晶纳米线和纳米片的制备及表征 钙钛矿单晶对于了解钙钛矿材料的本征物理性能至关重要，本工作开发了一种制备高质量MAPbI3单晶纳米线及纳米片的简易方法。在介孔TiO2基底上蒸镀高质量PbI2薄膜，利用PbI2和MAI溶液中的I-络合溶解再结晶形成长度超过10μm的MAPbI3单晶纳米线及纳米片。所得纳米片产生激光阈值在218nJ/cm2.pluse左右。该方法同样适用于MAPbCl3级MAPbBr3单晶的制备，并有可能推广到大部分有机-无机杂化钙钛矿材料单晶的制备。 五、反相溶剂提取法在CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜制备中的应用 现行一步法或两步法在实验过程中受“操作手法”的影响比较大，不适合大面积薄膜制备的。本工作利用在旋涂过程中营造富DMF环境，得到不结晶的MAPbI3中间体薄膜，随后转移到不良溶剂中，快速抽取DMF促进MAPbI3瞬间爆发式结晶，从而得到连续光滑无针孔的MAPbI3薄膜，并取得了16.1％的光电转化效率。本法有效避免经典一步法容易形成枝晶的问题，及“一步法+溶剂清洗”或两步法过程中手动滴加溶剂造成的不确定性和无法制备大面积器件的缺点。