信息功能材料及器件的发展,是推进国家信息化建设的先导和基础,其发展水平关系到一个国家和地区经济和科技进步,也是衡量一个国家综合竞争力的重要标志。为了支撑未来高技术更新换代和新兴产业发展,开发具有前瞻性、先导性和探索性的新一代光电信息材料与器件刻不容缓。近年来,全无机卤化物钙钛矿凭借其优异的光电性能和稳定性吸引了众多研究人员的关注,成为新一代极具竞争力的光电功能材料,广泛的应用于太阳能电池、光电探测、照明显示等领域。然而,在全无机卤化物钙钛矿研究领域中还存在许多问题,限制了其进一步的发展。为了提高活性层的光子吸收能力,目前卤化物钙钛矿的合成方法以胶体溶液法合成为主,制备出的纳米结构显著的提高了钙钛矿材料与光子接触的比表面积,降低了反射率,有效的促进了光子的吸收效率,然而在制备过程中很容易在卤化物钙钛矿上残留相应的有机配体,会对其基本物理特性如载流子输运能力造成影响。为了解决上述光吸收和载流子输运能力相互矛盾的问题,本学位论文创造性的发明了一种基于冷冻干燥方法的全无机钙钛矿薄膜制备工艺,这种相对低毒、低成本、高质量的溶液法制备工艺协同提升了多晶薄膜的光吸收能力和载流子输运能力,拓宽了全无机钙钛矿在光电探测领域的应用。本论文还研究了这种冷冻干燥工艺制备的多晶薄膜在光电探测、光电流成像和图像传感等方面的应用,以及全无机卤化物钙钛矿的光物理本征特性。具体研究内容如下:1.CsPbX3多晶薄膜的制备及其电学性能探究本章开发出一种全新的全无机钙钛矿多晶薄膜制备工艺,即冷冻干燥法。通过这种方法,在没有表面活性剂参与的情况下,构建了厚度分布均匀,晶粒尺寸均匀的全无机钙钛矿多晶薄膜,并深入探究了薄膜的生长机理、薄膜结晶质量、形貌、结构。此外,这种多晶薄膜的表面和内部存在很多孔隙,这样的孔隙并没有破坏薄膜的连续性和结晶质量,与纳米晶薄膜相比,这种多晶薄膜具有更优异的电学性能,在光电器件领域具有广阔的应用前景。2.多孔结构的CsPbX3薄膜可控制备及其光电探测性能的探究在冷冻干燥法制备全无机钙钛矿多晶薄膜的基础上,本章进一步探究了工艺参数对于薄膜形貌的影响,并成功实现了不同孔径的全无机钙钛矿多晶薄膜的制备。此外,通过对薄膜的形貌、不同孔径的形成机理的探究,发现随着前驱体溶液浓度的减小,多晶薄膜的孔径越大,并且获得了孔径从450 nm到5 nm可调的钙钛矿多晶薄膜。更重要的是,孔径450 nm的多晶薄膜对入射光产生米氏散射效应而展现出优异的光子吸收能力,且多孔的形貌并没有影响薄膜超高的载流子传输能力,因此以这种多孔钙钛矿薄膜为基础的光电探测器展现出优异的光电性能,在520 nm波长下,偏压为9 V时,器件的光开关比大于104,EQE峰值为658%。3.厚度可控的CsPbX3薄膜窄波段探测及图像传感应用本章通过不同的冷冻干燥工艺参数构建了不同厚度的Cs Pb Br3多晶薄膜,并探究了不同厚度的薄膜对其光电性能的影响。基于Cs Pb Br3多晶薄膜厚度对于其光电探测器光谱响应波段的影响,本章实现了半高宽为12 nm左右的Cs Pb Br3超窄光电探测器,并且在这个现象的基础上对窄带探测背后的机理进行了探究。更重要的是,利用钙钛矿带隙可调的特点可以通过改变CsPbX3（X=Cl,Br,I）中的卤化物组分实现从蓝色波段到红色波段的窄带响应。最后,在人类视觉系统中视锥细胞的启发下,通过构建钙钛矿窄带探测器的集成电路,实现了可见光波长分辨的光探测系统。4.单晶结构的Cs Pb Br3活性层制备及其光电性能表征冷冻干燥法制备出薄膜对于探究全无机钙钛矿的本征物理特征还是存在很大的局限性,基于此,本章通过改进的Bridgman法,成功地制备出一系列体积为25cm3的超大型全无机卤化物钙钛矿单晶,并且通过对于生长机理的研究,阐明了这类全无机卤化物钙钛矿单晶成核和长大的过程。这种方法制备的单晶为正交相结构,对称性较高,具有极高的结晶质量和较低的缺陷密度1.2í109 cm-3。因此,Cs Pb Br3单晶具有很大的载流子迁移率(2000 cm2 V-1s-1)、载流子扩散长度（>10μm）、较高的可见吸光系数(105 cm-1)和较高的红外双光子吸收系数（3.7cm/GM）。在这些优异光学和电学性能的基础上构建了可见光-红外双模光电探测器,该探测器不仅具有高的可见光探测性能（光开关比大于103,响应度为2 A/W）,而且具有优异的红外光探测性能。这些结果表明Cs Pb Br3单晶具有高的可见光-红外双模态光捕获能力和优良的电传输性能,在太阳能电池、光电探测器、激光器等各种光电器件中具有巨大的应用潜力。