卤素钙钛矿材料凭借着突出的光电性能,已经吸引了人们的关注。近年来,钙钛矿太阳能电池的器件效率已经突破23%。但是,由于铅基(Pb)钙钛矿材料的稳定性与毒性问题阻碍其进入商业化发展,因此,解决钙钛矿材料的稳定性与降低Pb的毒性显得尤为重要。在本论文中,将碘化钾(KI)添加至钙钛矿前驱体中,改善薄膜形貌,提高结晶性制备出既稳定又高效的器件。借助电子扫描显微镜(SEM)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)、X-射线衍射(XRD)、二维同步辐射掠入射广角X射线散射(GIXRD)和荧光光谱(PL)等表征手段,发现KI的加入可以在三维(3D)晶界处形成二维(2D)K2PbI4,从而钝化晶界,减少缺陷态。当添加KI至二维(2D)层状钙钛矿前驱体中,可显著提高结晶性与改变晶体的取向性,从而获得既稳定又高效的2D结构的钙钛矿电池。另外,为了降低Pb的毒性,我们寻找环境友好型的铋(Bi)元素代替Pb元素,通过阳离子替换与优化退火温度,提高了器件的性能。本论文的主要研究结果如下:1)在甲脒甲胺(FAMA)杂化卤素钙钛矿体系中掺杂K+,通过实验与理论研究揭示出K+钝化晶界的机理。从θ-2θ XRD与GIXRD图谱都发现了在3D晶界处形成了富含K元素的新相,结合理论模拟,证实富含K元素的新相极有可能是2D K2PbI4。另外,在富含K元素的新相与3D钙钛矿晶体之间存在的介电限域效应导致光学性能发生红移,同时晶界处存在的2D K2PbI4起着表面钝化作用,降低了缺陷态。因此,K+的掺杂获得既稳定又高效的钙钛矿太阳能电池。本工作揭示了钙钛矿薄膜的化学组成与结构的稳定性对提高光电器件性能的影响,代表钙钛矿材料的研究取得重要的进步。2)添加KI至2D层状钙钛矿前驱体,结合GIXRD技术,深入研究了 KI的引入对2D晶体取向性的影响。同时比较了二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,热旋涂与KI的添加这几种不同方法对2D层状钙钛矿的影响,研究表明添加KI减少了层数少于四层(n<4)相的生成,同时获得了较大的晶粒,较好的结晶性,以及垂直的晶体取向性,从而制备出既稳定又高效的2D层状结构器件。这项研究为调控2D层状钙钛矿晶体的取向性提供了新的途径。3)采过Bi元素代替Pb元素,降低了 Pb的毒性。通过SEM、UV-vis、J-V曲线研究不同比例的CsI-BiI3对器件性能的影响。同时研究不同阳离子对Bi基电池器件性能的变化,结果表明,当铷(Rb+)作为阳离子时,由于较低的激子结合能和较好的薄膜形貌,器件性能优于铯(Cs+)与甲胺(MA+)离子。进一步优化其退火温度,获得较高的Bi基无铅钙钛矿太阳能电池,光电转换效率达到0.31%。虽然该效率远低于Pb基的效率,但是为制备环境友好型钙钛矿电池提供了新的方法,为之后的研究提供实验的指导。