近年来,有机金属卤化物钙钛矿半导体材料因其优异的光电特性、高的缺陷容忍度,可调的光学带隙以及低的制备成本等优势在光伏、光电研究领域取得了快速的进展。相比于广泛研究的微晶钙钛矿薄膜,单晶因不存在晶界而具有更低的缺陷态密度,更好的电荷传输特性以及更高的稳定性,在光电器件应用,尤其是光电探测器方面的应用,具有非常明显的优势。然而,铅卤化物钙钛矿中含有高毒性的铅及其器件的长期工作稳定性等问题仍然是钙钛矿单晶探测器商业化应用亟需解决的问题。因此,从材料设计和器件研发的角度考虑,进一步发展低毒且高稳定的钙钛矿单晶材料具有重要的研究价值。从研究现状来看,通过调整钙钛矿晶体结构提高材料稳定性的同时也降低了其电子维度,使其光电性能下降。因此,提高材料性能和稳定性、降低毒性是研究钙钛矿材料及其器件的共同目标。基于此,本论文围绕钙钛矿晶体结构设计和光电性能研究,通过对新型高稳定的低维钙钛矿单晶生长策略的优化、反应结晶机理的研究、光电性质的分析以及光电探测器的设计与制备,开展了以下研究工作:（1）采用控制溶剂挥发速率的方法生长了大面积的（＞200 mm2）二维结构的钙钛矿（C6H5C2H4NH3）2PbBr4单晶,该单晶具有明显的层状结构,可以通过机械剥离获得单晶薄片。此外,该晶体具有强的光电各向异性,利用其高电荷密度分布的（00l）晶面制备了平面型光电探测器阵列,其具有极低的噪声电流（1.57 × 10-16A Hz-1/2）,在紫外光照射下具有高的开关比（～105）,高的光探测率（1.55 × 1013Jones）以及优异的稳定性。（2）为了提高二维单胺钙钛矿的结构稳定性,采用低温梯度结晶策略成功地生长了高质量的二维双胺结构的钙钛矿（NH3C4H8NH3）PbI4单晶。理论计算和实验结果表明,由于有机双胺离子能够与无机PbI64-八面体形成强的氢键作用,从而增强了层间的耦合作用,使晶体表现出优异环境稳定性和热稳定性（分解温度为304℃）,小的激子结合能（70meV）,低的缺陷态密度（8.7 × 109cm-3）,优异的电荷传输能力（μτ=1.45 × 10-3 cm2 V-1）以及高的离子迁移势垒（Ea=0.88 eV）。因此,基于BDAPbI4单晶制备的光电探测器表现优异的光电性能,包括宽的线性动态范围（150 dB）,高的响应率（927 mAW-1）以及优异的连续工作稳定性,有望实现器件性能和工作稳定性的平衡。（3）为了进一步提高热稳定性的同时降低毒性,通过优化单晶生长液,有效控制了晶体成核数量,进而成功地生长了尺寸为12mm × 12 mm × 3 mm的全无机非铅、零维结构的Cs3Bi2I9单晶。该单晶具有高的结晶质量,X射线衍射摇摆曲线半高宽仅为0.058°,缺陷态密度仅为1.4 × 1010cm-3。进一步研究发现,该单晶有较宽的光学带隙（1.96eV）,高的体电阻率（2.79 × 1010Ω cm）,有效的电荷传输能力（μτ=7.97 × 10-4 cm2 V-1）,低的噪声电流（2.2 × 10-15AHz-1/2）、高的X射线吸收系数以及优异的稳定性。使用Cs3Bi2I9单晶制备的探测器在50 V mm-1的电场强度下,X射线响应灵敏度高达1652.3 μC Gyair-1 cm-2,探测限低至130 nGyair s-1。此外,由于该X射线探测器高的灵敏度和出色的工作稳定性,使用该单像素探测器实现了较高对比分辨率的X射线成像。（4）为了提高钙钛矿单晶探测器的光响应性能,通过模板辅助法直接在钙钛矿（CH3NH3PbI3,CH3NH3PbBr3）单晶表面引入表面金字塔织构,从而把单晶的可见光反射从～15%降低至～5%,增强了光吸收。此外,得益于直接（原位）生长策略,单晶表面保持了完整的金字塔陷光结构,单晶具有更高的结晶质量以及更优异的电学特性。因此,基于陷光结构的CH3NH3PbBr3单晶制备的探测器表现出更高的光电响应性能,包括更高的开关比,响应率和外量子效率,以及更快的响应速度。