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有机无机卤化物钙钛矿材料是一种性能优良的新型材料,具有高消光系数、优良的载流子运输特性、高载流子扩散系数等优点,且电池制备工艺简单、成本较低。钙钛矿吸光层质量的好坏对太阳电池的光伏性能起到决定性的作用,因此采用合适的制备工艺,通过研究钙钛矿生长过程,阐明影响钙钛矿结晶的关键因素是推动钙钛矿太阳电池发展的重要途径之一。目前制备钙钛矿的方法主要包括溶液法、双源共蒸发法和气相辅助溶液法等。相比液相反应,气相反应能有效地避免溶剂化和水解反应,减少由此产生的复生结构。通过调整气相反应条件可对反应速度进行控制,进而获得均匀的薄膜。在薄膜生长动力学以及薄膜生长机理上,气相法与液相法也存在的较大不同,因此需要系统地开展气相法制备钙钛矿太阳电池的研究。本论文系统地研究了影响钙钛矿结构的关键因素,进而阐明了钙钛矿生长机制,实现其结构可控。通过对太阳电池的光电性能研究,揭示了电池性能与钙钛矿薄膜之间的关系,从而掌握了电池内部载流子传输影响机制,为获得高效稳定的钙钛矿太阳电池奠定了一定的理论基础。首先,采用气相辅助溶液法(VASP)制备了稳定的α立方相FAPbI3,在此基础上,将FAI和MAI气体混合,成功将MA+引入FAPbI3,进而制备了混合阳离子钙钛矿FAxMA1-xPbI3。系统地研究了 MA的引入对薄膜质量和器件性能的影响,相较于FAPbI3薄膜,FAxMA1-xYPbI3钙钛矿薄膜更加平整、致密且具有更长的载流子寿命。混合阳离子钙钛矿FAxMA1-xPbI3电池的光电转换效率(power conversion efficiency,PCE)在 MA 浓度为 40 wt%的条件下达到了 16.48%(FF=73.56%,JSC=22.51mA/cm2,Voc=1.00V)。本论文采用VASP,在FA基钙钛矿基础上通过引入无机Cs+成功制备了混合阳离子钙钛矿FAxCs1-xPbI3,分别采用离子交换和预沉积种子层的方法优化了材料结构,从而提高了器件性能。首先,通过离子交换工艺制备了高效FA0.9Cs0.1PbI3钙钛矿太阳电池(perovskite solar cells,PSCs),将FACl和FAI混合气体与铅源固体薄膜反应,通过调控成核和结晶速度来优化该钙钛矿的生长和结晶,获得了辐射复合低、载流子寿命长以及缺陷态密度低的FA0.9Cs0.1PbI3薄膜。钙钛矿薄膜质量的提高使得器件的Voc明显提升,最优器件PCE为16.39%(其Voc为0.99 V,JSC为22.87 mA/cm2,FF为74.82%),器件的迟滞效应和稳定性都得到了明显改善。此外,在VASP的基础上进一步优化了制备工艺,通过预沉积FA0.9Cs0.1PbI3种子层调控了钙钛矿成核和结晶,获得了具大晶粒尺寸、长载流子寿命和低缺陷态密度的高质量FA0.9Cs0.1PbI3钙钛矿薄膜。相应器件的光伏性能得到了明显的改善,主要体现在开路电压的提高,PCE达到16.17%,VOC为0.99 V,JSC为22.55mA/cm2,FF为 71.84%。X位的掺杂能够有效地调控光学吸收范围和稳定钙钦矿结构。其中,引入卤素和拟卤素是提高钙钛矿膜质量制备高效PSCs的有效方法之一,本论文分别以PbI2、PbBr2和Pb(SCN)2为铅源,采用VASP法,系统研究了薄膜晶体结构的演化、生长动力学、电子寿命、缺陷态密度和光电性能,发现在气相反应条件下即使采用不同的铅源,但最终薄膜产物均为CH3NH3PbI3,但采用不同铅源情况下薄膜生长动力学过程完全不同。卤素铅源PbBr2制备生成CH3NH3PbI3的过程中形成了中间钙钛矿相CH3NH3PbIxBry,由于成核较早,因此有效地调控了钙钛矿生长速率;拟卤素铅源Pb(SCN)2则是完全转化为PbI2后才升始形成CH3NH3PbI3,并且与PbI2和PbBr2制备的薄膜相比,基于Pb(SCN)2的钙钛矿薄膜质量较差,相应器件的光伏性能明显下降,本论文通过研究薄膜和器件的光电特性已经解释了卤素Br-和拟卤素SCN-带来相反结果的物理机制。