钙钛矿太阳电池以其制备工艺简单,光电转换效率高,带隙可调,成本低廉等优势,近年来备受关注。钙钛矿电池效率的增长速率,在光伏研究领域史无前例。已被NREL认证的钙钛矿电池的最高效率己经突破22%,与铜铟镓硒(GIGS)和碲化镉(CdTe)等太阳电池的水平相媲美。短短七年,钙钛矿太阳电池的结构也是经历了数次的改进,随之而来的就是效率的提升,从中我们不难看出,钙钛矿吸光材料、空穴/电子传输材料的选择和以及制备工艺的优化对提高钙钛矿电池器件的性能是非常重要的。目前,钙钛矿吸收层为微晶薄膜,晶界多为复合中心,因此增大晶粒尺寸,减少晶界会提高载流子的传输和收集效率;所用的电子传输层材料多为高温制备的TiO₂,无法与roll-to-roll大尺度制备兼容,因此发展低温制备电子传输层的方法是必要的;单晶钙钛矿具有优异的电荷传输和稳定性,但其体积太小且不易得到较薄的单晶片,使得钙钛矿单晶材料在太阳电池中的应用受阻;再者目前报道的高效电池使用的都是铅基钙钛矿材料,铅对我们的生存环境和身体健康都有严重的影响,所以发展无铅的高效钙钛矿电池势必会成为未来一段时间的重点研究方向。针对以上问题,本论文做了以下研究工作:研究了反应温度对直接接触-插层法(direct contact and intercalation process,DCIP)制备的钙钛矿薄膜结晶性、晶粒尺寸及太阳电池器件光电转换性能的影响。结果表明,随着反应温度的升高,钙钛矿薄膜的结晶性逐渐提高、晶粒尺寸逐渐增大、电池效率逐渐提高——即高温条件下制备的钙钛矿薄膜具有良好的结晶性,较大的晶粒尺寸和较好的光伏性能。当反应温度为200 °C时,晶粒尺寸可达4.48 μm且获得了12.90%的转换效率。开路电压衰减和薄膜电阻的表征结果揭示了较大的晶粒尺寸有助于延长载流子寿命,减小载流子的传输电阻,这两者均有利于提高载流子的收集效率和太阳电池器件的性能。研究了低温(70 °C)化学浴沉积法在TCO基底上制备金红石相的TiO₂薄膜及其厚度对钙钛矿电池器件性能的影响。研究结果表明,相比于以前高温烧结(>450 °C)获得的TiO₂电荷传输层,低温获得的TiO₂电荷传输层可以获得更佳的光电性能,电池的效率达到15.06%。同时对溶液法制备钙钛矿吸收层的方法也进行了探索,研究了前驱体溶液浓度对钙钛矿电池性能的影响。研究发现在转速为4000 rpm/min,浓度为1.2 mol/L,反溶剂滴加时间为结束前20 s的情况下可以获得表面平整、光滑、致密的钙钛矿薄膜,器件的最高转换效率达到了16.35%。发展了一种用低温溶液法制备铌掺杂二氧化锡(Nb:SnO₂)薄膜的方法。研究了Nb掺杂对SnO₂电荷传输性能的影响。结果表明当Nb掺杂量为0.5%时,可以获得最佳的结果,钙钛矿太阳电池的电流密度为22.36 mA/cm²,开路电压为1.08 V,填充因子为0.727,最终获得了17.57%的转换效率,相较于未掺杂的SnO₂,效率提升了16%。进一步实验分析表明Nb:SnO₂电子传输层能显著地增强电子的提取速率并能有效的抑制载流子复合,从而提高电池的性能。发展了升温析晶法制备大尺寸CH₃NH₃PbI₃钙钛矿单晶材料及其金刚线切片工艺。CH₃NH₃PbI₃钙钛矿单晶的最大尺寸可达120 × 70 × 52 mm,用金刚线切割所得的单晶片最薄只有200 μm。基于此,制备了器件结构为Au/ITO/Spiro-MeoTAD/perovskite-wafer/PCBM/LiF/Ag/Au的单晶电池,获得了最高4.18%的光电转换效率,且没有滞后现象,研究发现厚度是限制单晶钙钛矿电池性能进一步提升的重要因素。首次用DCIP法制备了致密、平整、无孔洞的无铅(CH₃NH₃)₃Bi₂I₉ (MA₃Bi₂I₉)钙钛矿薄膜,薄膜质量远好于文献中报道的溶液法制备的MA₃Bi₂I₉钙钛矿薄膜,器件的效率也是目前最高为0.23%,通过改进薄膜的制备工艺,寻找到一个合适的界面层材料将会进一步提升器件的性能。