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能源是人类社会存在与发展的基石，然而进入21世纪以来全球化石能源不断枯竭、环境问题日益严重，努力开发可再生的清洁能源已成为一种战略追求。光伏发电在能量转换效率、品位和输运方面部具有其他太阳能利用形式不可比拟的优越性，因而发展迅速。钙钛矿太阳能电池(PSCs)作为一种新型光伏器件，以其相对较高的光电转化效率、简单的制备工艺以及较低的加工成本等优势赢得了科学家们的广泛关注。尽管目前PSCs的效率已达22.7％，但仍存在许多问题，从本质上来讲，限制PSCs光电转化效率的主要因素是电荷传输和界面电荷转移行为。对于高效介孔型TiO2基PSCs来说，电子从钙钛矿层快速转移至介孔TiO2层并有效地传输下去是至关重要的。本论文从设计、修饰介孔TiO2、优化钙钛矿/TiO2界面着手，采用电化学阻抗谱(EIS)、稳态荧光(PL)和瞬态荧光光谱(TRPL)以及开路电压衰减法(OCVD)等手段系统地表征体系的光电化学性能，并且使用电荷传输线模型及相关理论来分析电荷传输性能，从而提高PSCs的光电转化效率。具体的研究工作及结论如下所示: (1)采用优化介孔TiO2晶相结构、暴露晶面的方式来改善电荷传输及界面电荷转移行为。以钛酸四丁酯、三乙胺和去离子水为原料一步水热合成纯四方相锐钛矿TiO2纳米颗粒，与商用Dyesol TiO2对比发现，自制TiO2体系的电荷传输电阻减小、界面复合电阻增大、化学电容减小、电子扩散系数增大、电子寿命增长。将自制TiO2应用于PSCs中的介孔层时，于500℃下焙烧30min后制得的电池光电转化效率相对最高，可达13.53％，是商用Dyesol TiO2基PSCs的1.27倍，且钙钛矿/TiO2界面处电荷转移性能明显改善。 (2)围绕钝化TiO2表面缺陷的思路来优化电荷传输通道，避免电池工作过程中光生电荷的过度累积。将不同体积比的醋酸和三乙胺添加在一步水热法制备锐钛矿TiO2的原料中，我们发现，不接枝任何官能团于TiO2表面就可以起到钝化缺陷、{101}晶面暴露比例增加的作用。当醋酸体积为0.9mL、三乙胺为4mL时制得的锐钛矿TiO2最适合作电荷传输层，与未添加醋酸时制备的TiO2相比，低缺陷态TiO2体系中的电荷转移电阻减小、界面复合电阻增大、电子寿命增长，电子扩散系数及电荷扩散程长增大，将其用于PSCs中可促进钙钛矿的生长和和结晶、改善钙钛矿/TiO2界面处电荷传输性能，从而将PSCs的光电转化效率提高至17.02％，同时开路电压可达0.99V，短路电流可达25.28mA/cm2。 (3)通过修饰TiO2表面结构实现光生电荷在钙钛矿/TiO2界面间快速顺畅的转移，并促进电荷在TiO2骨架中的传输。使用不同浓度的硫酸二次水热锐钛矿TiO2制备出-SO3-1/TiO2纳米颗粒，当硫酸浓度为0.1M时处理效果最佳。与处理前相比，-SO3-1/TiO2体系的电荷转移电阻减小、界面复合电阻增大、电子扩散系数增大、电子寿命及电荷扩散程长增大。更重要的是，-SO3-1不仅可促进介孔TiO2的电荷传输能力，而且可与钙钛矿前驱体中的CH3NH3+相互作用从而增加介孔TiO2与钙钛矿之间的键合度，同时它可以部分取代CH3NH3PbI3中的I-1，因而与处理前相比，钙钛矿/TiO2界面处电荷转移和传输性能都得到改善，复合几率进一步降低，使得PSC的光电转化效率提升，可达16.53％。