具有优良光电特性的金属卤化物钙钛矿已经被广泛应用于太阳能电池和发光二极管领域中。针对钙钛矿光电器件中急待解决的性能和稳定性问题,本论文的研究内容具体如下:1.在钙钛矿太阳能电池(PSC)中,我们通过设计新的交联无掺杂空穴传输材料(HTM),以及钙钛矿吸收层的维度调控来优化钙钛矿光伏器件的性能和稳定性。在已报道的HTM中,表现最佳的Spiro-OMe TAD存在离子掺杂导致器件稳定性下降的问题,而常用PEDOT:PSS较差的电子阻挡能力和酸性腐蚀同样限制了器件性能的提升。本实验合成了四个具有芴核的二苯胺衍生物,其中带有乙烯基交联单元的HTM可以在160℃的温和退火温度下形成不溶的3D网络,从而改善器件制造过程中的耐溶剂性和形貌稳定性。因此,结合交联HTM的最佳器件显示出18.7%的光电转换效率,其Jsc为20.89m A/cm2,Voc为1.15V,FF为77.8%,均优于传统PEDOT:PSS光伏器件。紫外光电子能谱测量证明新HTM具有更深的HOMO水平,与钙钛矿的VB能级更加匹配。此外,合成HTM的疏水性有利于形成具有良好表面覆盖率的大颗粒钙钛矿薄膜,这可以通过水接触角和薄膜形态测量来证明。稳态和时间分辨的光致发光研究还表明钙钛矿和HTM之间发生了快速的电荷转移和抑制的电荷重组。最后,我们的研究表明,使用交联有机HTM是实现高效和稳定PSC的有效方法。在钙钛矿本征吸收层方面,准2D多量子阱(MQW)结构是获得高效稳定钙钛矿光伏器件的有力候选者。实验发现氟取代的苯基乙胺(FPEA)可以有效控制钙钛矿晶体的生长取向,以促进薄膜在垂直方向上的电荷传输,主要表现为增大的Jsc(11.70→15.27m A/cm2)。此外,FPEA的疏水性有利于改进薄膜形态,其湿度稳定性测试也证实了对应光伏器件具备更加优异的稳定性。2.在钙钛矿发光二极管(PeLED)中,我们提供了一种通过引入两种不同的有机阳离子来实现性能优化和发光波长稳定的新方法。具体表现为,首先使用(S)-(-)-α-甲基苄基溴化溴(S-MBABr)作为间隔有机阳离子形成具有减小晶粒尺寸的混合维Cs Pb Br3钙钛矿薄膜。其次,掺杂少量的(S)-(-)-色氨酸溴化物(S-Trp Br)添加剂作为钝化剂以优化薄膜表面形态。我们证明了S-Trp Br中-NH3+和-COO-基团的协同效应可以有效降低表面粗糙度并抑制由缺陷引起的非辐射复合损失。最后,经过表面钝化的PeLED实现了显著的性能提升,其电流效率达到30.83cd/A以及取得10.33%的外部量子效率,并且其发射光谱显示出较好的色纯度(FWHM≈17nm)。之后,我们将类似的双阳离子策略应用于Cs Pb I3钙钛矿中。通过苯乙胺(PEA)和1-萘甲胺(NMA)的简单混合使得准2D薄膜中的相分布发生变化,从而调节器件的发光特性。结果,实现了发光效率为4.9cd/A且发射波长为632 nm的显示红PeLED。在我们的器件中,由于没有像传统策略那样入Br卤化物,避免了在长时间工作条件下由于Br/I相分离造成的发光波长漂移的现象,因此PeLED的光谱保持良好的稳定性。该策略为解决显示红发射光谱的稳定性问题以及增强PeLED器件的发光性能提供了指南。图45幅,表6个,参考文献106篇。