有机无机杂化钙钛矿得益于其宽光谱响应范围,高消光系数,以及较长的电子-空穴扩散长度,近年来在光伏器件、传感器,发光二极管,激光器,光探测器等领域都展示出极大的潜力,特别是在太阳电池领域,短短几年就实现了光电转换效率从3.8 %到22.7 %的飞跃,被视为新型太阳电池领域的希望之星。电子传输材料在钙钛矿太阳电池中承担着从钙钛矿中提取并传输光生电子的任务。最常用的电子传输材料TiO2的电子迁移率为0.1~1 cm2 V-1 s-1,同CH3NH3PbI3(20~30 cm2 V-1 s-1)相比相差甚远,制约了器件性能的进一步提升。因此,基于TiO2的改性以及其他能带位置合适、传导电子能力强的新型电子传输材料的设计对实现高效钙钛矿太阳电池有重要意义。除此之外,随着对钙钛矿材料了解的不断深入,证实了钙钛矿材料自身的组成与光电性质、钙钛矿薄膜的形貌及晶体生长情况对薄膜缺陷浓度,器件界面复合情况以及薄膜透光率等均有着极大的影响。是否能够得到高质量的钙钛矿晶体薄膜,成为了实现高效高稳定性钙钛矿太阳电池(PSC)的先决条件之一。综上,本论文的研究工作主要围绕着无机电子传输材料的制备、钙钛矿薄膜的生长及形貌调控,以及它们在钙钛矿太阳电池中的应用进行研究。具体研究内容和主要结论如下:1.通过简单的溶液回流法得到了均一、稳定的铌掺杂二氧化钛纳米颗粒溶胶,并用于制备平面MAPbI3 PSC的致密层。通过铌掺杂实现了TiO2的改性:促使TiO2的平带电位发生正移,并同时提高TiO2的载流子密度与薄膜电导率,从而促进光生载流子从钙钛矿向致密层的注入过程,继而改善了光生电子在ETL/钙钛矿界面的传输,减少界面处的电荷积累,提高了电池的光电转换效率。使用最优掺杂比为2 %的Nb-TiO2作为致密层的平面PSC最高能实现16.3 %的光电转换效率(JSC=20.4 mA/cm2, VOC=1036 mV, FF=0.77),在最大功率点测得的稳态输出为15.8 %,同未掺杂的TiO2作为致密层的PSC 相比效率明显提升(最高PCE=14.9 %,其中JSC=19.8 mA/cm2, VOC=1032 mV, FF=0.73)。2.通过冷却结晶法合成了一系列纯钙钛矿相、带隙可调谐的FAxMA1-xPb(IxBr1-x)3微晶。使用FAxMA1-xPb(IxBr1-x)3微晶作为前驱体所制备的钙钛矿薄膜具有更大的晶粒尺寸与更少的晶界,能够有效减少钙钛矿层内部与界面处的缺陷复合,提升器件的光电转换效率与稳定性。基于FA0.84MA0.16Pb(I0.84Br0.16)3微晶前驱体的PSC最终能实现最高18.3 %的PCE,在未封装的情况下在空气中放置2000 h仍能保持~83 %的性能,而通过直接混合各组分原料来制备前驱体溶液的方法所得的薄膜对应的PSC的PCE最高仅为15.2 %,在空气中放置2000 h器件性能下降至初始PCE的~62 %。除此之外,在后续研究中,通过引入无机Cs+,进一步得到Cs0.10(FA0.84MA0.16)0.90Pb(I0.84Br0.16)3合金钙钛矿微晶,实现了最高~19.8 % 的PCE,且表现出更优的长期稳定性。3.采用PS微球作为模板,探究了有序排列的大孔结构(SnO2,MAPbI3)在钙钛矿太阳电池的界面载流子传输中的积极应用。一方面,制备了单层的钙钛矿大孔半透明薄膜,应用于钙钛矿太阳电池器件时,薄膜所呈现出的有序而连续的“碗状”形...