结构通式为ABX3(A为CH3NH3、Cs等,B为Pb等,X为卤素)的钙钛矿材料,因其优异的光电性质,例如光吸收系数高、载流子扩散距离长、带隙可调、缺陷容忍性高等受到广泛关注。自2009年被发现并应用到光伏器件中以来,器件的能量转换效率呈现火箭式的蹿升,目前器件的认证效率已超过23%,极具应用前景。但是与传统的光伏器件不同,钙钛矿光伏器件常由于显著的离子迁移呈现出异常的迟滞现象,是其商业化应用的制约因素之一。在本论文的研究中我们以CH3NH3PbI3为原型,通过注入金属离子替换参与成键的Pb2+的方法调控材料结晶性和光电特性,薄膜形貌以及器件能级排布等,证实注入少量金属离子能显著提高钙钛矿结晶性,改善薄膜形貌和载流子传输,从而获得优化的器件性能,并且没有显著的迟滞现象。但过量的离子替换会降低结晶性和光生载流子寿命,使薄膜形貌变差,并引起显著的离子迁移,导致严重的迟滞现象。在第一章中,我们首先介绍了钙钛矿这种新型半导体材料的结构特点和光电性质,解释了为何该材料能在光电领域迅速发展的原因。随后介绍了其应用于光伏器件,发光二极管等光电器件中的发展历程,并介绍其工作原理、重要性能参数等,最后介绍了当前钙钛矿光电器件发展过程中亟待解决的几个问题和可能的解决方法。在第二章中,我们主要介绍了一些对材料和光电器件进行表征和分析的手段方法,着重介绍我们实验室相对比较成熟的原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)技术和扫描开尔文探针显微镜技术的原理及其在光电器件表征中的应用。在第三章中,我们主要研究金属替换的有机-无机钙钛矿太阳能电池(Perovskitesolarcell,PSC)。分别用Cd2+和Ag+部分替换钙钛矿中的Pb2+从而调控材料的性质,结合结构和光谱的表征手段,我们发现Cd2+的引入提高了钙钛矿的晶体质量,降低了其缺陷态密度,改善了电荷传输。而Ag+的引入不仅有上述效果,还因为其不等价的替换调控了钙钛矿材料的极性,实现了载流子的平衡传输。通过对PSC器件结构的调控和工艺参数的优化,我们制备出了高效率的金属替换PSC器件。但是进一步增加金属离子替换比例会加剧器件的迟滞效应,并且在注入比例相同的情况下,Ag+替换PSC相比Cd2+替换PSC具有更严重的迟滞效应。我们利用开尔文探针显微镜(scanning Kelvin probe microscopy,SKPM)发现Ag+替换钙钛矿相比Cd2+替换钙钛矿呈现出更加显著的离子迁移。在第四章中,总结了本论文的主要研究成果并对钙钛矿光电器件方向的未来研究工作进行了展望。