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过去的几年里,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的效率已经由2009年的3.8%提高到了目前的22.1%。这一快速发展主要得益于有机-无机杂化钙钛矿材料独特的光电性质,比如合适且可调的带隙、高的吸光系数、较长的电荷扩散距离等。钙钛矿太阳能电池较高的光电转化效率、相对较低的制备成本以及简单的制备过程,使其显示出了巨大的应用前景。高质量的钙钛矿薄膜是实现高效器件性能的前提。二甲亚砜(DMSO)参与的溶剂工程因为可以得到晶粒尺寸大且没有针孔的高质量钙钛矿薄膜而受到了许多研究者的关注。然而研究表明,为了得到高质量的钙钛矿薄膜,前驱体溶液中PbI2/DMSO的比例必须被限制到1:1,至于为什么二者的比例不能延伸到更大的范围,目前相关方面的研究还比较欠缺。另外,对于获得高质量钙钛矿薄膜至关重要的中间体MAI-PbI2-DMSO,人们也只是基于XRD、FTIR和元素分析几种手段来推测其组成,并不清楚其具体结构。因此,从分子水平深入理解DMSO和MAI-PbI2-DMSO中间体在钙钛矿薄膜形成过程中所起到的关键作用,不仅有利于我们进一步优化溶剂工程,获得效率更高、重复性更好的器件,而且可以帮助我们发展沉积钙钛矿薄膜的新方法。器件的稳定性及可重复性是制约钙钛矿太阳能电池产业化的重要阻碍。单一的MAPbX3、FAPbX3和CsPbX3(X为Br-或I-)钙钛矿材料存在诸多缺点,如水和热稳定性差、易发生结构相变等。研究表明,人们基于组分工程所发展的混合阳离子和阴离子钙钛矿材料显示出极大的优势,能够同时改善钙钛矿材料的水、热及结构稳定性,并使其具有更加合适的带隙。因此,摸索混合阳离子钙钛矿薄膜的不同沉积工艺有助于我们进一步提高器件的稳定性及效率。以有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池为主要研究对象,本论文的主要研究内容有如下几部分:第一部分,从分子水平理解二甲亚砜对钙钛矿薄膜质量的影响。捕获一些中间体的晶体并解析其结构,结合SEM、XRD、TGA等手段,在分子水平理解DMSO如何影响钙钛矿的成膜质量。相关结果可用于进一步优化DMSO参与的钙钛矿薄膜沉积工艺,或者发展沉积钙钛矿薄膜的新方法。第二部分,N-甲基-2-吡咯烷酮辅助的高质量钙钛矿薄膜的制备。通过单晶测试证实PbI2和NMP仅仅能形成一种配合物PbI2·NMP,并通过粉末X射线衍射证明,无论前驱体溶液中PbI2和NMP的比例为多少,都只形成一种前驱体薄膜(PbI2·NMP)。通过器件性能测试,我们也证实,无论前驱体溶液中PbI2和NMP的比例为多少,采用连续两步或者一步的钙钛矿薄膜沉积方法,均能够得到高质量的钙钛矿薄膜,获得性能优异的器件。相比于DMSO,使用NMP作为配位溶剂时,可以将添加溶剂窗口扩展到更大的范围,不需要严格控制前驱体溶液中PbI2和NMP的比例,从而使钙钛矿太阳能电池的制备过程更可控。第三部分,含Cs的三阳离子混合钙钛矿薄膜沉积工艺摸索。发展了连续两步法来沉积含Cs的三阳离子混合钙钛矿薄膜,并通过器件的性能测试优化出了 CsI的最佳引入量。稳定性测试表明,Cs的引入极大地改善了器件的稳定性。第四部分,总结与展望。对全文的研究工作做一个总结,分析取得的成果和不足之处,并对后续的研究进行展望。