有机-无机金属卤化钙钛矿半导体材料由于具有较低的缺陷态密度、极高的消光系数、较小的激子结合能、成本低廉、可溶液加工和优良的光电转换效率等优点得到众多科学研究者的高度重视,并迅速成为第三代光伏技术产业中最具潜力的候选者之一。经过近十多年的研究,钙钛矿光伏器件的光电转换效率(PCE)已从最初被报道的3.8%提升到了25.7%,表明其在光伏太阳能电池领域具有较强的实际应用潜力。然而高效钙钛矿太阳能电池(PSCs)的可重复性和长期稳定性较差,严重阻碍了其进一步发展以及在各种光电器件中的应用。因此,在保证高效的器件性能的基础上,研究并解决电池器件在空气中的长时间稳定性是现阶段广大科研工作者关注的重点问题。目前的研究结果表明,钙钛矿薄膜晶界较多所产生的缺陷和有机传输层材料的降解是影响钙钛矿电池光伏性能和稳定性的主要原因,而添加剂工程,界面工程和寻求无机且稳定的载流子传输层被认为是解决上述问题的有效手段。鉴于此,本文主要通过对钙钛矿太阳能电池中全无机载流子传输层的改性和钙钛矿薄膜中的缺陷钝化等措施来提高钙钛矿电池器件的转换效率及在空气中的长时间稳定性,并得到如下的研究结果:1.通过将聚苯乙炔衍生物添加到钙钛矿活性层,实现了更大晶粒、更低缺陷态密度和优异防水性能的钙钛矿薄膜的有效构筑。研究发现,这些钙钛矿薄膜中缺陷态密度的降低很可能是由于聚合物中的羧酸基团与钙钛矿中未配位的Pb²⁺阳离子间的有效配位。采用该方法获得的全无机电荷提取层的反式平面异质结PSCs器件的能量转换效率提高到了20.41%。最重要的是,优化后的器件由于具有双重的耐湿机制,在大气环境中老化60天后,其PCE仍然保留了初始值的90%。这项工作为开发在空气中具有更高稳定性的高性能PSCs奠定了基础,并为其潜在的商业化铺平了道路。2.通过双源电子束共蒸发的方法制备了铜掺杂氧化镍(Cu:Ni O)和钨掺杂氧化铌(W:Nb₂O₅)无机载流子传输层(CSLs)分别作为空穴和电子输运层的反式平面PSCs。优化后的CSLs具有较高的导电性和较低的缺陷,并且与钙钛矿活性层有更好的兼容性能,可以有效实现光生载流子的传输和收集。此外,钙钛矿活性层和CSLs的费米能级相匹配,这使得光伏器件性能得到明显提升(如开路电压(V_oc)、填充因子(FF)和PCE)。同时,通过在电子传输层(ETL)与电极之间插入一个超薄的钛(Ti)缓冲层,进一步提高了PSCs的效率和稳定性,最终获得了21.32%的器件性能,迟滞现象被抑制。此外,基于掺杂的无机CSLs器件在有效面积为1cm~2时的PCE高达19.01%。最重要的是,封装和未封装器件在潮湿(50%±10%)空气中存放1200 h后仍保持初始PCE的98%和89%,表明其具有优异的长时间稳定性。3.通过在钙钛矿前驱体溶液中引入1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMIMBF₄)离子液体,有效降低薄膜的缺陷态密度,同时提高了钙钛矿薄膜载流子寿命和化学稳定性。与此同时,在ETL和钙钛矿薄膜之间引入了一层铯铅混合卤化物(Cs Pb Br₃)量子点油墨,进一步提高了PSCs的转化效率和稳定性。研究表明,以掺杂BMIMBF₄的钙钛矿作为活性层和Cs Pb Br₃量子点油墨作为中间层的反式平面异质结全无机PSCs的功率转换效率提高到了15.37%,迟滞现象也明显减少。此外,由于优化后钙钛矿薄膜耐湿性增强,使其在空气中老化60 h后仍保留了80%的初始PCE。总的来说,这项工作通过一种协同的方法,实现了器件耐湿性的提升和陷阱态密度的降低,进而开发出高性能的无机PSCs,并且能够为各类高效光电材料的研究提供思路。