有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池在过去几年中得到了迅速发展,其效率已经接近硅系太阳能电池。有机-无机杂化钙钛矿最早是取代染料敏化太阳能电池中的染料,应用在太阳能电池中的,其在2009年报道的电池效率只有3.8%。该器件采用液体电解质作为空穴传输层,由于效率和稳定性都比较差,得到的关注很少。随后,液态电解质被固态空穴传输层（Spiro-OMeTAD）替代,在2012年得到了具有相对较高效率（～9%）的固态器件。这种突破导致所谓的"钙钛矿热"在接下来的几年中吸引了很多研究,最终在2016年初将效率提高到22.1%。但是有机无机杂化钙钛矿材料也存在不稳定、电池封装困难和卤化铅有毒等问题,因此钙钛矿太阳能电池还存在很多需要改进的地方。过去大多数研究集中在通过调整沉积方法,选择合适的阻挡层和支撑层的材料和制备工艺,对空穴传输层进行修饰以及界面/带隙工程来优化钙钛矿薄膜的结构和结晶行为。但是,由于钙钛矿太阳能电池的发展时间较短,对其研究还存在很多不足之处,特别是对钙钛矿材料的结晶动力学、是否存在铁电以及光热转换等方面;另外,钙钛矿太阳能电池中,常用二氧化钛作为电子传输层,它对电池效率和稳定性也有很大的影响。因此,在本文工作中,从材料角度研究了 CH₃NH₃PbI₃的等温和非等温结晶过程,退火温度对铁电性的影响以及氯掺杂提高效率的原因和二氧化钛的体缺陷/表面缺陷比例变化对其光电性能的影响,具体工作如下:（1）结晶是材料最重要的性质之一。钙钛矿太阳能电池的效率在很大程度上取决于有机-无机杂化钙钛矿的结晶度和结晶形态,而其结晶行为又部分地取决于加工工艺。我们采用一步直接旋涂工艺制备得到CH₃NH₃PbI₃样品。利用差示扫描量热法（DSC）研究了它的等温和非等温结晶过程。等温结晶过程由JMA模型描述,结果表明,等温结晶行为对温度有很强的依赖性。Avrami指数n表明CH₃NH₃PbI₃的生长方式是二维片晶方式生长,其速率由成核和生长过程共同决定。非等温结晶过程由Jeziorny和Mo模型描述。随着降温速率的增加,结晶动力学常数增加,结晶速率变快,同时样品的结晶完善程度也显著下降。（2）与光电、光学和电子性质相比,钙钛矿CH₃NH₃PbI₃铁电性的研究比较少。此外,铁电性的研究目前仍存在争议。我们利用压电力显微镜（PFM）研究了制备条件的变化对CH₃NH₃PbI₃薄膜铁电性的影响。在PFM测量中得到了电滞回线和蝴蝶曲线以及铁电畴结构,这证实了 CH₃NH₃PbI₃薄膜中存在铁电性。此外,随着退火温度的升高,薄膜的结晶程度和晶体生长的均一性逐渐好转,正极区域和负极区域的相位差也在逐渐加强。因此,在不同的退火温度下,CH₃NH₃PbI₃铁电畴的翻转也不同。（3）氯离子可以作为掺杂剂改善CH₃NH₃PbI₃的运输性能。但是,在提高电池效率和稳定性方面,氯离子到底起到了什么作用目前还没有明确的定论。我们利用DSC技术,研究了 CH₃NH₃PbI₃和CH3NH3Pb13-xClx的稳定性和能量损失问题。我们确定了在电池的工作区间内CH₃NH₃PbI₃-xClx比CH₃NH₃PbI₃稳定。此外,光热研究表明,CH3NH3Pb13-xClx产生的热量比CH₃NH₃PbI₃少了 20%。换句话说,CH₃NH₃PbI₃太阳能电池的能量以发热的形式损失的可能更高,并且产生的热量有可能引起相变,然后进一步降低电池效率和稳定性。这些结果从一个新的角度解释了为什么添加氯离子可以提高电池效率。（4）二氧化钛纳米片阵列有可能作为电子传输层来提高钙钛矿太阳能电池的效率。我们利用水热法在透明导电衬底上制备出了具有{116}暴露面的TiO₂纳米片,并初步探讨了这种纳米片中的缺陷与退火温度的关系。结合正电子湮灭光谱,EPR和XPS,我们得出这种纳米片中的体缺陷是属于Ti3+相关的空位缺陷,并且表面吸附氧的存在,可以抑制电子-空穴的分离和迁移从而降低光催化效率。通过改变TiO₂纳米片中体缺陷和表面缺陷的浓度比（Sbulk/Ssurface）可以提高电子-空穴分离效率,因此显著提高光电流和光催化效率。上述结果表明,Sbulk/Ssurface对二氧化钛纳米片中的光电过程影响很大,因此也会影响用它来组成的太阳能电池性能,但是由于时间和条件限制,我们没能研究这种纳米片在实际钙钛矿太阳能电池中的应用。