21世纪以来,温室效应、能源危机等全球性问题大大提升了人们对新型绿色能源的关注,太阳能以清洁可再生且储备丰富等特点而得到广泛的应用。太阳能电池是通过光伏效应把太阳能直接转化成电能的器件,在各类光伏电池的研究中钙钛矿太阳能电池由于其材料的独特优势—高吸光系数、高载流子迁移率、低激子结合能及带隙可调等,已成为近年来发展最快、最具活力、最热门的研究领域之一;其光电转化效率也从2009年Miyasaka首次报道的3.8%一路飙升至2021年已被认证的25.7%,展示出光明的发展前景。但由于低温溶液法制备的钙钛矿薄膜通常包含着各种各样的缺陷,尤其是在薄膜表面、晶界和界面处,这破坏了电池的性能和稳定性。众所周知,结晶质量高的活性层及良好的界面接触是制备高性能太阳能电池的前提,而缺陷钝化是使钙钛矿太阳能电池光电转化效率更趋近31%理论效率的有效方法之一,同时也能够在一定程度上提升器件的稳定性。为了提升旋涂薄膜的质量,反溶剂被广泛使用,这有助于获得光滑高质量的薄膜,但同时也会因溶剂的快速挥发导致前驱体溶液瞬间达到过饱和态使得钙钛矿成核加速形成小尺寸晶粒,研究发现在反溶剂中引入合适的聚合物小分子不但能够改善薄膜表面的疏水性也能够提高薄膜的结晶质量;此外,钙钛矿属于多离子晶体其缺陷形成能较低,在前驱体中加入适量的添加剂能够起到组分调控的作用,尤其是含有孤对电子的添加剂可以与Pb I2相互作用形成路易斯加合物,不仅可以调控钙钛矿的成核和结晶,还可以钝化晶界处的非辐射复合陷阱;同时,由于钙钛矿晶体成核发生在异质基底上,异质成核主导其晶体生长,采用界面处理方法来调节基底表面能以控制钙钛矿的生长动力学、减少界面缺陷十分必要。因此,本文主要采用反溶剂工程、添加剂工程、界面工程来调控晶体生长,改善晶体的结晶和择优取向,减少各种缺陷态,促进界面能级匹配,从而获得高效稳定的钙钛矿太阳能电池,同时借助上海光源先进的同步辐射技术深入研究了钙钛矿薄膜材料微观结构与光伏器件性能之间的构效关系。本论文工作的主要研究成果如下:1、反溶剂工程提升钙钛矿薄膜表面结晶度的钙钛矿太阳能电池。我们采用一步溶液旋涂法制备钙钛矿薄膜,太阳能电池器件的结构为:ITO/Sn O2/FAMA（PTB7）/Spiro-OMe TAD/Au。在反溶剂中引入添加剂聚{4,8-双[（2-乙基己基）氧]苯并[1,2-b:4,5-b’]二硫苯-2,6-二基}{3-氟-2-[（2-乙基己基）羰基]噻吩并[3,4-b]噻吩二基}（PTB7,Poly{4,8-bis[（2-ethylhexyl）oxy]benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene-2,6-diyl-alt-3-fluoro-2-[（2-ethylhexyl）carbonyl]thieno[3,4-b]thiophene-4,6-diyl}）来调控晶体生长的结晶动力学过程并借助深度敏感的掠入射X射线衍射（GIXRD,Grazing incidence x-ray diffraction）表征了不同深度钙钛矿薄膜的结晶质量。研究发现PTB7主要改善薄膜表面的结晶性,推测是薄膜表面未配位的Pb原子能够和PTB7中O/S原子形成路易斯络合物从而钝化钙钛矿薄膜表面和晶界处的缺陷,有利于减少非辐射复合;同时,PTB7中含有大量的烷基链能够提高薄膜表面的疏水性。最终,我们获得最高21.41%的光电转化效率,且器件在室温氮气手套箱中持续100?m W?cm-2的白色LED灯下最大功率点处350小时仍能保持其初始效率的90%以上,表现出优异的器件稳定性。2、添加剂工程增强钙钛矿薄膜多重择优取的稳定高效钙钛矿太阳能电池。我们将酒石酸（TA,tartaric acid）引入钙钛矿前驱体的溶液中,采用低温一步溶液法沉积钙钛矿薄膜并尝试不同的掺杂浓度发现比例为0.5 wt%时,形成了致密的钙钛矿薄膜且晶粒尺寸显著增加。分析其2D-GIXRD图,发现TA能够调控晶体生长获得多重择优取向增强且结晶度高、少缺陷的薄膜,这将有利于多通道的传输电荷载流子;制备的太阳能电池器件结构为:ITO/Sn O2/Cs FAMA/Spiro-OMe TAD/Au,光电子能谱测试钙钛矿薄膜发现TA对电池界面能级排列也有一定的调节作用,使其更有利于界面处电荷的提取和传输。最终,添加剂TA制备的器件光电转化效率从19.70%提升到了21.82%,且器件效率在空气中1200小时后仍保持92%以上,氮气环境中560小时光照后可以保持其原始效率的89.6%。因此,本研究证明了利用TA作为钙钛矿前驱体的添加剂是一种简单、通用的方法,可以制备具有多重择优取向增强的高质量钙钛矿薄膜,这有助于实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池。3、界面工程制备氧化镍（NiOX）基的反式结构钙钛矿太阳能电池。NiOX作为无机p型半导体,具有高的载流子迁移率、杰出的光学透光性、超强的化学稳定性及低的制造成本等优点,是目前最具影响力的空穴传输层材料之一。然而,NiOX基的反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率却落后于正式结构的电池,主要是因为NiOX的表面缺陷（如悬挂键-OH-/-NO3-等）能够和钙钛矿发生不良化学反应尤其是在NiOX/钙钛矿层的界面处,这严重限制了电池的性能。因此,我们引入4,4’-环己基二[N,N-二（4-甲基苯基）苯胺]（TAPC,4,4’-cyclohexylidenebis[N,N-bis（p-tolyl）aniline]）进行NiOX/钙钛矿界面调控,一方面能够提高钙钛矿薄膜的结晶性并钝化NiOX表面的缺陷,从而减少器件界面电荷的非辐射复合;另一方面,改善空穴传输层与活性层界面的HOMO能级来提高载流子的提取和传输,减少界面电压的损失。最终,制备的不含甲胺（MA）分子p-i-n反式结构的钙钛矿太阳能电池器件:ITO/NiOX/TAPC/Cs FA/PCBM/BCP/Cu,获得了21.04%的光电转化效率,其开路电压也从1.04 e V提升到了1.11 e V。