钙钛矿太阳电池凭借其低成本、优异的光电特性以及高的光电转换效率等特点,一跃成为继晶体硅太阳电池、硅基薄膜太阳电池、聚合物太阳电池等第一、第二代太阳电池后,最有望替代硅太阳电池的下一代光伏技术。并且,钙钛矿太阳电池最初期的光电转换效率为3.8%,如今已提升到25.5%,成为最有发展前景的第三代太阳光伏电池。制备高性能的钙钛矿太阳电池,载流子传输层和钙钛矿吸收层的选择、制备以及优化,都是非常重要的关键环节。对于正置的钙钛矿太阳电池而言,电子传输层在加速载流子的传输的同时,还非常影响钙钛矿吸收层的结晶,并进一步对薄膜质量造成影响。对于倒置结构的钙钛矿太阳电池而言,空穴传输层的导电性与表面形貌,直接关系着上方钙钛矿薄膜的化学成核,是器件实现高性能不可或缺的因素。对钙钛矿太阳电池的光电转换效率及稳定性产生重要影响的,还包括吸收层的形貌、晶粒尺寸、薄膜厚度等因素。为进一步提升钙钛矿电池的整体光伏性能,寻找新的材料优化电池载流子传输层和吸收层是我们要进行的主要工作。在众多材料中,碳基材料具有高导电性、成本低、稳定性优异等特点,在光电器件领域有着广泛的应用。本论文以钙钛矿太阳电池为研究对象,着重利用低维碳基材料对电子传输层、空穴传输层、钙钛矿吸收层及相关界面性能进行优化,揭示其对钙钛矿太阳电池光伏性能的影响规律,并阐明相关物理机制。主要分为以下三个部分:1.抑制异质结界面上的载流子复合和提高电荷分离效率是提升钙钛矿太阳电池性能的有效方法,阳极与电子传输层之间的界面修饰或构造多层结构的电子传输层是实现高效电荷提取和收集的有效途径。将二者的优势相结合,可以进一步降低钙钛矿太阳电池的能量损耗并提高其光电转换效率。在此,我们设计了一种三明治结构的SnO2-CQDs-SnO2（S-C-S）电子传输层,即在超薄的SnO2底层和SnO2顶层之间插入一层超薄的带隙可调的碳量子点（CQDs）层。底部的超薄SnO2层可以有效钝化FTO上的缺陷,减少了FTO与电子传输层界面上的载流子复合。CQDs层增强了电子传输层的光透过性能,加快了电子的传输过程,提升了空穴阻挡能力。这种以S-C-S为电子传输层的器件实现了高达20.78%的光电转化效率,最大程度上消除滞回现象。该项研究成果为太阳电池新型电子传输材料的设计提供了新的思路,为进一步实现钙钛矿太阳电池更高的光电转换效率奠定了基础。2.倒置结构钙钛矿太阳电池的性能高度依赖于空穴传输层的表面特性和空穴提取能力,提高空穴传输层的导电性与空穴迁移能力,并同时优化空穴传输层的表面形貌是实现高效稳定的钙钛矿太阳电池行之有效的方法。为此,我们提出了一种简便易行的策略,即在PEDOT:PSS中加入CQDs。同时具有显正电性和负电性官能团的CQDs掺杂后,PEDOT链和PSS链在库仑力的作用下实现有效相分离,不仅形成更加均匀致密的空穴传输层,其电导率和空穴提取效果也得到进一步优化,并且钙钛矿晶体在CQDs掺杂的PEDOT:PSS空穴传输层上沿（001）晶向表现出择优取向,有利于两者界面的空穴传输。采用掺杂CQDs的PEDOT:PSS制备的倒置结构钙钛矿太阳电池,其平均光电转换效率为19.33%,滞回现象可忽略不计。该方法能很好地与印刷技术相兼容,有助于推动高效率和晶体取向可调的钙钛矿太阳电池的量产。3.具有良好的表面形貌和大尺寸晶粒的钙钛矿薄膜,是获得高性能光电器件的前提,而优化电荷传输行为是进一步提高器件光电性能的必要条件。在此,我们采取了一种简便的方法来改善钙钛矿的结晶,将g-C3N4/CQDs复合碳基材料引入钙钛矿前驱体溶液,以骨架形式为钙钛矿的生长提供足够大的空间,g-C3N4/CQDs通过延缓钙钛矿的结晶速率来获得大尺寸晶粒、低缺陷态密度的钙钛矿薄膜,同时g-C3N4/CQDs以微观异质结的形式降低能量势垒改善电荷传输,并且有效解决了发生在晶粒表面的载流子复合,实现了钙钛矿太阳电池性能的提升。优化后的钙钛矿太阳电池的效率达到了20.49%,并且具备在大气环境中良好的稳定性。该成果为实现有效控制结晶过程和优化电荷传输行为提供了新材料、新思路和新方法。