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有机-无机铅卤钙钛矿APbX3（A=MA+,FA+;X=Cl-,Br-或I-）因其带隙可调、组分可控、光电性能优越等特质受到人们的广泛关注。以有机-无机铅卤钙钛矿作为吸光层材料的太阳能电池,目前国际最高公正效率已达22.7%,但器件的长期稳定性和环境友好性问题（含毒性Pb）却严重制约其生产发展。本论文主要采用适度Pb取代的方法,寻找合适的Pb取代元素,制备少铅或非铅钙钛矿材料并实现对其本征稳定性的改善,且不以牺牲材料及其太阳能电池器件的性能为代价。首先,我们使用与Pb具有相似离子半径的Sr(Sr2+=132 pm,Pb2+=133 pm)来探索Pb取代的可能性,制备Sr-Pb二元金属卤化钙钛矿并对其性能进行表征。我们发现,Sr引入对钙钛矿薄膜光电性能影响巨大,包括材料价带能级上移,激子结合能增加和由于电中性取代的等电子杂质引起的陷阱态密度增大。Sr的引入能成功实现对钙钛矿中Pb0的抑制,可显著提高钙钛矿材料的稳定性。在AM 1.5模拟光照下,具有平面n-i-p结构(ITO/ETL/MASraPb1-a-a I3-xClx/HTL/Au)的钙钛矿太阳能电池表现出优异的16.3%（a=0.05）的光电转换效率。使用电化学阻抗和暂态衰减测试揭示在MASraPb1-a-a I3-xClx中Sr取代Pb所引起的陷阱态效应,深刻理解外入元素对器件物理的影响。应变对钙钛矿材料（ABX3）的缺陷、电子状态及稳定性的影响已被广泛认知,包括对能源存储和发电至关重要的金属氧化物型和有机-无机杂化物型钙钛矿的影响。离子替换被认为是改善有机-无机铅卤钙钛矿结晶和电性能的有效措施。在我们的工作中,我们采用Zn适度替换的方法实现缩紧的ABX3结构,通过BX6八面体的适当晶格收缩来释放应变并获取有序的CH3NH3（Zn:Pb）I3-xClx晶体结构。这种结构有利于抑制晶体缺陷并改善材料的本征稳定性。具有高度晶化和有序大晶体尺寸的CH3NH3（Zn:Pb）I3-xClx钙钛矿薄膜有利于相应器件出色光伏性能的实现。使用Zn-Pb二元金属卤化钙钛矿作为吸光层材料在基于spiro-OMeTAD作为空穴传输层的器件中实现了20.06%的转换效率,基于poly-TPD为传输层的器件则获得18.2%的效率且具有良好的稳定性。这种通过理解替代效应和晶体特征来进一步改善钙钛矿薄膜质量和器件性能的方法将具有重要的实际应用意义。通过改善新型钙钛矿晶体结构和成分组成以及优化电荷传输层来提高器件性能的方法势在必行。