寻找可替代传统化石燃料的绿色零碳可再生能源是解决能源危机和减少环境污染的关键,将太阳能直接转换为电能的光伏电池为解决这个问题提供了一条行之有效的途径。近年来,钙钛矿光伏电池凭借其极低的制备成本和快速发展的光电转换效率等优势,越来越受到学术界和工业界的瞩目。但如何进一步实现器件性能的突破,加快钙钛矿光伏电池的商业化进程,目前还面临许多科学问题亟待解决。作为钙钛矿光伏电池的核心功能层,钙钛矿薄膜的晶体质量决定了最终的器件性能。此外,钙钛矿光伏电池是一种多层膜结构器件,界面性质与光生载流子的传输动力学息息相关,对器件性能产生重要的影响。本论文围绕高质量钙钛矿薄膜的制备和界面设计的角度,通过中间相工程、添加剂工程、相转换工程以及界面工程等手段,对钙钛矿薄膜的表面形貌、结晶取向、应变大小、缺陷态以及界面能级排列等进行优化调整,最大程度上减少器件的能量损失,构筑出高效稳定的钙钛矿光伏电池。研究了钙钛矿退火前中间相对晶体生长及光伏电池性能的影响。利用两步旋涂法沉积钙钛矿薄膜,改变沉积氛围,获得了呈现α和δ相的中间薄膜,比较了由两种不同相结构的中间薄膜退火得到的钙钛矿薄膜。研究表明,由δ相中间退火获得的钙钛矿薄膜表现出更好的结晶性、更优的晶体取向、更大的晶粒尺寸。结合一系列光谱表征表明,由δ相中间薄膜退火制备的钙钛矿薄膜具有更强的光吸收、更长的载流子寿命和更低的载流子复合几率。基于δ相中间薄膜的光伏电池实现了 22.09%的效率输出,未封装的器件在大气环境中放置1200 h后,仍能维持92.4%的初始效率。开发了 n-羟基丙烯酰胺（NMA）单体添加剂调控钙钛矿薄膜晶体生长技术,系统研究了其对钙钛矿薄膜晶体质量和光伏电池性能的影响,并揭示了其对光伏电池电荷传输和复合的调控机制。研究表明,引入NMA单体会导致额外的非均相形核,降低钙钛矿的成核自由能垒,加速晶体生长,从而获得了微米级晶粒的钙钛矿薄膜;在钙钛矿热结晶过程中,NMA单体的自聚合反应会抑制钙钛矿的晶格膨胀,降低钙钛矿薄膜的晶格应变;此外,NMA还能够钝化钙钛矿薄膜的晶界缺陷,进一步降低缺陷态密度。NMA单体的引入有效地增大了器件的复合电阻和内建电场,降低了一个数量级以上的暗电流,实现了器件内部电荷的高效传输。最终光伏电池实现了 22.9%的光电转换效率,且器件展示了优异的综合稳定性。发展了连续相转换技术（PTG,即α→δ→α相）处理CsPbI2Br薄膜,系统研究了 PTG对CsPbI2Br薄膜晶粒二次生长和残余拉伸应变释放效应,并揭示了 PTG改善CsPbI2Br光伏电池电荷动力学的物理机制。研究表明,PTG处理后,CsPbI2Br薄膜的结晶性增强,晶粒尺寸从0.6 μm提升至5.0μm,残余拉伸应变被有效地释放了 62±4%,从而有效缓解了薄膜的晶格畸变,降低了薄膜表面与整体缺陷态密度,提高了薄膜的光电性质和稳定性。此外,PTG处理的CsPb2Br光伏电池复合电阻和内建电场都显著增大,有效地抑制了器件内部光生载流子的非辐射复合,提高了电荷的传输效率。构筑的CsPbI2Br光伏电池光电转换效率从13.4%提高至16.5%,相应的开路电压从1.14 V提高至1.36 V;同时,器件的稳定性也获得大幅度提高。针对CsPbI2Br光伏电池中较为严重的能量损失问题,发展了 NH4BF4修饰SnO2电子传输层/CsPbI2Br吸光层之间界面的技术,探讨了其对SnO2电子传输层,CsPbI2Br薄膜晶体质量和器件内部光生电荷动力学的影响。研究表明,NH4BF4界面调控能够降低SnO2薄膜的表面缺陷态密度,提高电子迁移率和电导率,抬高导带底位置,从而减少了界面处电荷的非辐射复合损失,增强了SnO2薄膜对电子的抽取能力。构筑的CsPbI2Br光伏电池光电转换效率最高达到了 17.09%;器件的开路电压最高达到了 1.427 V,相应的能量损失为0.493 eV,是当前已报道的CsPbI2Br光伏电池能量损失最小值之一。此外,器件的环境稳定性和热稳定性也获得了提升。