金属卤化物钙钛矿半导体材料具有带隙可调、载流子扩散距离长、双极性传输且制备成本低等特点,被广泛应用于发光二极管、X-射线探测器和太阳能电池等领域。目前报道的高效率钙钛矿太阳能电池绝大多数依赖惰性气体手套箱制备,这提高了器件的制备成本,且不利于大规模生产。有机-无机杂化FAMAPbI₃钙钛矿和全无机CsPbI₂Br钙钛矿是两种典型的钙钛矿半导体材料。如何制备低缺陷密度的FAMAPbI₃和CsPbI₂Br钙钛矿薄膜是目前钙钛矿太阳能电池领域的研究重点之一。本论文通过调控钙钛矿的成核-结晶过程,在干燥空气中分别制备了高质量FAMAPbI₃和CsPbI₂Br薄膜以及基于这两种薄膜的太阳能电池。在此基础上研究这两种钙钛矿的光伏性能、组成和晶体结构之间的关系。具体而言,本工作开展了以下几方面的工作。首先,本论文系统地研究了FAMAPbI₃钙钛矿的晶体生长与基底形貌之间的联系。通过降低基底粗糙度、减少异质成核的方式来制备晶粒尺寸大于1μm的FAMAPbI₃薄膜。研究结果表明,在岛状纳米TiO₂基底上生长的FAMAPbI₃薄膜兼顾了较高的光生电子提取效率和较低的晶界密度,有效抑制了载流子复合并提升了器件的开路电压和效率。最终,在干燥空气中制备的基于岛状纳米TiO₂基底的器件取得了23.12%的效率。但是在持续光照和氧气环境中,FAMAPbI₃器件的效率衰减较快,不足以满足使用需求。其次,本论文采用预热的方法制备高质量全无机CsPbI₂Br薄膜。预热方法可以在湿膜中形成富溴相的CsPbI_2-XBr_1+X钙钛矿籽晶。籽晶辅助生长的钙钛矿薄膜具有晶界少、光吸收强、缺陷密度低等优点。并且制备过程中引进的氧原子能够起到钝化卤素空位的作用,有利于减少CsPbI₂Br薄膜中的非辐射复合。因此,基于预热方法制备的CsPbI₂Br电池取得了大于14%的效率和大于1.30 V的开路电压。进一步研究发现,预热方法制备的CsPbI₂Br薄膜具有梯度带隙的能级结构,有利于减少钙钛矿与载流子传输层之间的能级失配并促进载流子分离和提取。此外,通过进一步优化钙钛矿中的I/Br比例,本工作将全无机钙钛矿电池的效率进一步提升至15.29%,开路电压提升至1.359 V。并且在活性面积为1 cm²的电池上取得了11.26%的效率。另一方面,为了解决碳电极与CsPbI₂Br薄膜之间的界面接触不足和能级失配严重的问题,本工作在两者之间引进了炭黑中间层。由于炭黑中间层与CsPbI₂Br薄膜之间的能级失配更小且界面接触更加充分,因此炭黑中间层有利于空穴的提取。实验发现,基于4μm炭黑中间层的器件取得了12.41%的效率,进一步的加热或者存储会发生炭黑纳米颗粒扩散的现象。这种扩散导致炭黑-CsPbI₂Br体异质结的形成和电池效率的提升,并且在85℃加热562小时的器件上取得了13.13%的最高效率,这也是目前报道的碳电极CsPbI₂Br电池的最高效率。综上,本论文通过调控钙钛矿的成核-结晶的方法,在干燥空气中制备了高质量FAMAPbI₃和CsPbI₂Br钙钛矿薄膜。基于这两种薄膜的器件都展现出较高的光伏性能。并且通过优化界面接触和能级匹配进一步提高了碳电极CsPbI₂Br太阳能电池的效率。本论文还发现氧气的钝化作用有利于减少非辐射复合,提升器件性能。因此可以在干燥空气中制备高性能FAMAPbI₃和CsPbI₂Br太阳能电池。