钙钛矿太阳能电池由于材料可调变、转化效率高、制备工艺简单、成本低廉等优点,近年来成为了太阳能电池中最受瞩目的新星,发展极为迅速,目前最高能量转化效率已经突破20%,与碲化镉和铜铟镓硒(CIGS)等第二代太阳能电池的水平相当。在短短几年的发展进程中,钙钛矿太阳能电池从最初使用液态电解质的敏化电池演变为固态敏化电池,并逐渐发展出了三维异质结电池、平面异质结电池、有机反式结构电池等多种电池结构。在各种不同的电池结构中,钙钛矿太阳能电池关键组成材料(钙钛矿吸光材料、空穴／电子传输材料等)的选择和优化对提升电池能量转化效率和稳定性尤为重要,因此一直是钙钛矿太阳能电池的研究重点。本论文从不同的关键组成材料出发,分别构建了多种结构的钙钛矿太阳能电池,并通过优化合成方法或制备工艺,使电池性能和应用潜力得到了较大的提升。(1)从开发稳定高效的新型空穴传输材料(HTMs)出发,首次采用p型聚合物PCBTDPP作为HTM,与CH3NH3PbBr3或CH3NH3PbI3敏化的多孔Ti02成功构建了固态敏化结构的钙钛矿太阳能电池。实验结果显示基于PCBTDPP的钙钛矿太阳能电池可以取得高于P3HT等经典聚合物型HTMs的电池性能,尤其是CH3NH3PbBr3/PCBTDPP电池可以取得最高1.24 V的开路电压,且CH3NH3PbI3/PCBTDPP电池的转换效率达到了5.6%,并表现出了较好的稳定性,暗态空气气氛下保存1100 h转化效率无明显下降。(2)从开发高性能一维结构电子传输材料(ETMs)出发,发展了一种不含强酸的温和水热制备法,成功在FTO基底上生长了金红石相的一维Ti02纳米棒和纳米锥的阵列,并且详细考察了各合成参数对一维Ti02形貌的影响。通过改变反应时间和各初始反应物浓度,可以对Ti02纳米棒／锥的长度、直径和密度进行调控,使其适合于钙钛矿吸光材料的填充。在此基础上,利用制备的一维Ti02阵列作为ETMs,成功构建了高效的三维异质结结构的钙钛矿太阳能电池。由于纳米锥具有的空隙结构更开放,而且电子注入和传输效率更高,作为ETMs应用于钙钛矿太阳能电池中取得了高于纳米棒的转化效率。(3)从改进均匀大面积钙钛矿平板薄膜的制备工艺出发,开发了一种新的气固相反应方法：直接接触-插层法(direct contact and intercalation process, DCIP)。通过DCIP法,可以简单有效地在大面积基底上成功制备出均匀致密的CH3NH3PbI3薄膜,以此构建的小面积平面异质结钙钛矿太阳能电池最高转化效率达到16.0%,并且在5.0 cm×5.0 cm基底上制备的1.00 cm2的大面积的电池效率也达到了12.6%,显示出了较高的规模化潜力。(4)从提高一步法旋涂制备的钙钛矿薄膜质量和电池性能出发,采用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和1,4-丁内酯(GBL)分别与二甲基亚砜(DMSO)混合作为旋涂溶剂,在Ti02致密层上旋涂制备了高质量的钙钛矿平板薄膜,并且详细考察了溶剂混合比例对钙钛矿薄膜的形貌和电池性能的影响,最佳条件下(40 vo1.% DMF)制备的CH3NH3PbI3薄膜表面晶粒尺寸较大,达到微米级别,有利于减少传输过程中晶界附近的电荷复合。以此构建的平面异质结钙钛矿太阳能电池最高转化效率达到16.9%,稳态效率达到15.0%,高于文献报导的相似结构的钙钛矿太阳能电池。