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有机-无机金属卤化物钙钛矿是一类激动人心的、具有许多适合各种光电应用特性的半导体材料,比如可调控的直接禁带宽度、高的吸光系数、低的激子结合能、平衡的双极性载流子传输和长的载流子扩散长度等特点。这些特点使得钙钛矿材料成为新一代太阳能电池最理想的吸光材料。随着薄膜制备工艺以及器件结构的不断优化,钙钛矿太阳能电池的能量转换效率从2009年的3.8%迅速提升至2019年的25.2%,超过了已经商业化的多晶硅、碲化镉和铜铟镓硒等太阳能电池,展现出了非常光明的前景。然而目前高效率的钙钛矿太阳能电池都是基于传统结构（n-i-p）,因为离子掺杂空穴传输层的使用导致n-i-p结构钙钛矿太阳能电池稳定性很差,加上空穴传输层的价格非常昂贵,这严重阻碍了钙钛矿太阳能电池的商业化。反式结构（p-in）钙钛矿太阳能电池因为制备工艺简单、成本低、稳定性好、滞后现象小等特点逐渐引人注目。但是目前p-i-n结构钙钛矿太阳能电池的光电转换效率远远低于基于n-i-p结构的器件。究其原因,研究者发现钙钛矿与空穴传输层之间的界面能量损失是导致p-i-n结构器件效率低的主要原因,过大的界面能量损失导致器件的开路电压小。减小钙钛矿与空穴传输层之间的界面能量损失是提升p-i-n结构器件开路电压的有效途径。此外,由于钙钛矿的多组分以及各组分在极性试剂中的溶解度不同,在利用溶液法旋涂-低温退火制备钙钛矿薄膜时会导致各种缺陷的形成,这些缺陷会作为载流子复合中心从而影响载流子的寿命,进而影响整个钙钛矿器件的性能。本论文关注于p-i-n结构钙钛矿太阳能电池的结构设计及钙钛矿组分工程的研究,通过空穴传输层的优化及钙钛矿薄膜表面的钝化工程制备出了高性稳定的钙钛矿太阳能电池。主要包括以下具体的工作:1.高效稳定的反式结构铅基钙钛矿太阳能电池我们通过引入二甲胺分子（DMA）到MAPbI3体系中,制备了MA1-x DMAxPbI3钙钛矿体系,大分子DMA的引入降低了钙钛矿内部的缺陷密度,提高了原有钙钛矿结构的刚性,限制了晶格内部离子的迁移,从而提高了钙钛矿薄膜和器件在空气中和光照条件下的稳定性。我们采用氧化镍（NiOx）纳米颗粒作为空穴传输层,MA1-x DMAxPbI3作为吸光层,氯化胆碱（Choline Chloride）作为钙钛矿表面钝化层,富勒烯（C60）作为电子传输层,有机分子Bathocuproine（BCP）作为阻挡层,金属银（Ag）作为金属电极,制备了p-i-n反式结构钙钛矿太阳能电池:ITO/NiOx/MA1-xDMAxPbI3/Choline Chloride/C60/BCP/Ag。通过各层制备参数的优化,我们取得了21.6%的实验室光电转化效率和20.8%的认证效率,这是目前基于氧化镍体系的最高效率。该器件表现出优异的运行稳定性:封装器件在最大功率点下运行800小时后仍保持80%以上的效率。2.能带工程制备高效稳定的窄带隙钙钛矿太阳能电池我们制备了基于低温合成的氧化镍纳米颗粒作为空穴传输层的锡铅钙钛矿太阳能电池,器件结构为:ITO/NiOx/（FASnI3）0.6（MAPbI3）0.4/PCBM/BCP/Ag。通过对比低温合成的氧化镍纳米颗粒、高温燃烧法合成的氧化镍以及传统的PEDOT:PSS三种空穴传输层,我们发现低温合成的氧化镍纳米颗粒的能带结构与锡铅钙钛矿薄膜的能带结构更加匹配,通过使用低温合成的氧化镍纳米颗粒作为空穴传输层,我们取得了光电转化效率为18.8%的锡铅器件,这是目前基于无机空穴传输层材料锡铅器件的最高效率,且我们的器件在手套箱里面保存50天后效率基本上没有衰减,表现出非常好的稳定性。3.不含甲胺分子的反式结构宽带隙钙钛矿太阳能电池我们研究了不含甲胺分子的宽带隙体系,通过调节FA、Cs、DMA三种阳离的比例可制备带隙超过1.7 e V的钙钛矿体系。相同带隙情况下,DMA分子的引入可减少Br组分在宽带隙体系中的含量,从而抑制了宽带隙钙钛矿的相分离,提高了宽带隙体系的稳定性,此外,因为不含MA分子,钙钛矿体系的热稳定性也显著提高。基于Cs FADMA体系的反式结构宽带隙钙钛矿器件取得了19.7%的光电转化效率,这是带隙为1.7 e V以上的基于无机空穴传输层的反式结构钙钛矿太阳能器件的最高效率。在85℃下跟踪168小时之后,该器件效率仍保持初始效率的80%以上,表现出了非常好的热稳定性。