目前,钙钛矿太阳能电池(PSCs)的实验室效率已经达到23.7%的最新认证记录,PSCs性能的改善通常可以从两个方面进行研究,即改善PSCs的光吸收层和界面传输层。本论文主要通过引入掺杂剂来提升PSCs光吸收层的质量,并开发性能优异的电子传输材料提高电池器件的光伏表现。在此基础上研究了掺杂剂的作用机理和PSCs中载流子在界面处的传输机理。论文的主要研究内容如下:(1)PbCl2可以有效的改善PSCs的性能,但其作用机理尚不清楚。在第一部分的研究工作中,采用PbCl2作为掺杂剂改善钙钛矿薄膜的质量,当PbCl2掺杂摩尔比为10%时,能够制备出大晶粒、高结晶度且致密的(无针孔)的钙钛矿薄膜。原位时间分辨掠入射广角X射线散射(GIWAXS)测试表明,当使用PbCl2掺杂剂时,前驱体溶液中会产生更多悬浮的预成核物质,可以有效促进钙钛矿的形成,因此制备的钙钛矿薄膜有很高的结晶度。研究发现,PbCl2在减小缺陷态密度、降低电荷复合和提高载流子寿命方面有重要的作用。因此,基于PbCl2掺杂制备的平面结构钙钛矿型太阳能电池效率可以提高到19.79%,并且PSCs滞后效应明显减小,相比没有掺杂PbCl2的器件,电池效率提高了23%(16.05%)。(2)在第二部分的研究工作中,引入共轭聚合物材料F8TBT与PCBM相结合,形成连续均匀的本体结构(bulk homojunc-film,BHJ)薄膜,该薄膜具有较高的电子迁移率和合适的能级,并且能够完全覆盖钙钛矿多晶薄膜表面。更重要的是,相比原始的PCBM,BHJ薄膜具有更大的介电常数,能够有效的减小电子捕获区域。基于此连续均匀的本体结构薄膜作为电子传输层制备的反式PSCs效率超过20.6%,填充因子高达0.82,比基于PCBM制备的参比器件效率提高了约20%。此外,由于BHJ薄膜具有更强的疏水性,可有效阻止水汽等不利因素对钙钛矿的破坏,使得电池的稳定性得到显著改善,在空气中放置45天后,电池的效率仍可保持初始效率的80%,比参比电池高16.6%。(3)在第三部分的研究工作中,利用低温化学浴沉积的方法将金属Mg元素掺杂到TiO2薄膜中作为电子传输层制备正式结构PSCs。实验结果表明,1 mg/ml Mg掺杂的TiO2电子传输层具有很好的光增透性,可以使PSCs将更多的光子转化成电荷,提升器件的光电流密度;并且掺杂后,TiO2薄膜的电子迁移率和电导率均得到明显的提高,高的电子迁移率和电导率能够有效抑制电子在界面处中的积累;另外,基于此掺杂电子传输层制备的钙钛矿薄膜的电子缺陷态显著降低,有利于减小PSCs的滞后效应。基于TiO2:Mg(1mg/ml)电子传输层制备的甲胺基钙钛矿(MAPbI3)太阳能电池的能量转化效率达到18.02%,甲脒-甲胺基钙钛矿(FA0.85MA0.15PbI3)电池的能量转化效率高达20.53%。