CsPbI3全无机钙钛矿太阳能电池具有高的理论光电转换效率、优异的热稳定性和低成本溶液制备技术等优点,显示出优异的发展和应用潜力。但是,CsPbI3钙钛矿晶体结构中的Cs离子半径太小,难以与PbI6八面体形成稳定骨架,Pb-I键很容易发生扭转从而引起相变,导致光伏特性消失。为此,本论文围绕如何稳定CsPbI3相结构展开研究,通过组分工程、量子限域效应和碘化铵盐辅助结晶等方法稳定钙钛矿相结构,结合钙钛矿界面钝化进一步提升太阳能电池的光电转换效率和工作稳定性。主要研究结果如下。将Br-离子替换CsPbI3中的一个I-离子形成CsPbI2Br,降低卤族离子的平均离子半径可以使CsPbI3的容忍因子增加,从而在室温下稳定其钙钛矿相结构。然而Br的引入降低了整个组分在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的溶解度,导致前驱液浓度降低,影响钙钛矿吸光层厚度。为此,本论文开发出一种溶剂工程的策略,引入了一种高溶解性的二甲基亚砜(DMSO)和热气流辅助预退火工艺(HAF)协同制备CsPbI2Br钙钛矿薄膜。DMSO是一种强配位,低饱和蒸气压的溶剂,提升CsPbI2Br溶解度的同时优化薄膜质量。HAF退火使基底受热更均匀,增加结晶速率。最终实现了高开路电压(1.3V)和12.52%的光电转化效率的CsPbI2Br无机钙钛矿太阳能电池。然而,在CsPbI2Br的制备过程中,Pb2+离子空位会在钙钛矿表面形成一种深能级缺陷。因此,本文采用Pb2+溶液后处理的策略对CsPbI2Br薄膜的深陷阱态进行钝化处理。溶液中游离的Pb2+可以有效地与多余的卤族离子结合从而减少缺陷态密度。钝化后钙钛矿层的平均光生载流子寿命提高了近一倍。缺陷态密度也从8×1016减少到了 6.64×1016 cm-3。同时,引入纳米SnO2胶体作为电子传输层,改善了钙钛矿的迟滞效应,最终得到了 1.31 V的高开压器件,其光电转化效率可以达到13.79%。这种后处理的方法为减少钙钛矿表面缺陷提供了一种新思路。合成CsPbI3量子点同样是稳定其钙钛矿相的一种有效方法,高的表面能和周围结合的配体可以提供一个防止其相变的张力。然而量子点表面的长链配体如油胺、油酸,虽然可以使量子点分散在有机溶剂中,但其绝缘性质严重阻碍了器件中载流子的传输。本文引入带有苯环基团的短链配体苯基三甲基溴化铵(PTABr)来替换量子点表面的长链配体。这一过程不仅增加了载流子迁移率,并且钝化了量子点的表面缺陷。并且基于CsPbI3量子点胶体溶液性质,本文设计了一种全自动喷涂技术来大规模制备CsPbI3量子点薄膜太阳能电池,并且引入超薄层清洗工艺最大程度上提高了器件效率。最终取得了为1.11 V、短路电流为14.4mA/cm2、填充因子为0.70、光电转化效率为11.2%的器件。由于PTABr的疏水性质,不封装的太阳能电池在空气环境条件下保存一个月,仍然保持初始效率的80%。这种低成本和高效率的喷涂技术非常适用于纳米晶薄膜的商业化大规模制备。同时,针对量子点薄膜晶界多,载流子传输受阻碍的问题。本文设计了一种梯度带隙(GBA)的同质结量子点层结构来尽量减少过多晶界带来的能量损失。这种GBA结构优化了器件结构中带隙序列的匹配,提供了一个额外驱动力来促进电荷的提取,增加载流子扩散距离。通过提高内建电场减少能量损失,从而提高开路电压。而更低的漏电流增加了器件的并联电阻参数,提高了填充因子。本文最终获得了开压高达1.25 V,转化效率为13.2%的GBA同质结构量子点太阳能电池。此外,同质结构可以最大程度上减少晶格失配,增加了结构的稳定性。虽然掺Br和量子点的合成都会稳定住CsPbI3的钙钛矿相结构,但是这两种方法都会不可避免地增加CsPbI3的带隙,减少其吸收范围。量子点薄膜中存在的有机配体和过多的晶界同样会对器件性能造成损害。为了得到钙钛矿相的纯CsPbI3薄膜,二甲胺氢碘酸盐(DMAI)作为添加剂被引入到CsPbI3前驱体溶液中。DMAI通过与CsPbI3胶体在溶液中配位,从而在成膜过程中优化CsPbI3结晶。根据研究结果推断,DMAI在薄膜中的存在形式为包覆在晶界处,随着退火过程逐渐蒸发,最终得到β相的CsPbI3多晶薄膜。通过对其工艺条件的摸索,得到了高达19.1%的光电转化效率的无机钙钛矿太阳能电池。