有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿材料具有吸收系数高、载流子扩散长度长、带隙可调等特性,使其具有非凡的光电性能。此外,有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿材料可在较低温度下通过成本较低的溶液法制备,使其具备巨大的商业化潜力。自2009年日本科学家宫坂力(Tsutomu Miyasaka)等人首次将钙钛矿材料应用于染料敏化太阳能电池,问世十年以来,科学家接连突破,钙钛矿太阳能电池获得了飞速发展。其能量转换效率从最初的3.8%一跃到了目前的24.2%,不断向其理论极限效率(31%)逼近。然而,在取得巨大进展的同时,钙钛矿电池仍有许多诸如工作机理不明确、工艺较为复杂、稳定性不好等问题存在。为了解决这些问题,本论文从钙钛矿太阳能电池中非常重要的界面出发,通过器件制备工艺和材料的改进,研究了更优的工艺方法和器件结构,并且提高了电池的能量转换效率。研究的内容主要包括以下几个方面:(1)从降低太阳能电池的制备工艺成本和复杂度出发,设计了新颖的器件结构。新的制备工艺通过在钙钛矿层中引入有机体异质结(Organic Bulk Heterojunction),制备了包含有机体异质结优势的钙钛矿太阳能电池。有机体异质结的加入提高了器件对光的吸收率;钝化了界面,降低了缺陷态密度;并促进了载流子的传输和提取,达到了接近当时世界最佳水平的20%的能量转化效率。同时,通过增加界面的疏水性,提高了电池输出的稳定性。为钙钛矿电池的大规模工业生产探索了新的可能。(2)基于进一步优化传统n-i-p结构电池器件的想法,创新性地运用透明导电氧化物--氧化镓(Ga203)纳米晶薄膜作为电子传输层。它具有比Ti02更高的迁移率和光透过率。采用溶液法制备的氧化镓纳米晶薄膜成膜平整,诱导生长了更致密、平整的钙钛矿薄膜。通过优化和调控制备氧化镓纳米晶薄膜的方法,提高了正置结构钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。(3)基于之前的研究,我们发现钙钛矿功能层的结晶情况是影响太阳能电池性能的重要因素。借助同步辐射光源,我们用小角掠入射X射线衍射等方法,表征和分析钙钛矿薄膜的晶粒生长取向,并与器件性能之间建立联系,从而寻找提高电池性能的新思路。总之,本论文通过设计新的器件结构、引入新材料,寻找到了进一步提高钙钛矿电池性能、提高稳定性的方法。通过对钙钛矿薄膜形貌、结晶等特性进行更深入的表征,研究了影响钙钛矿太阳能电池效率的主要因素,为设计更好的电池材料和器件提供了理论依据。