有机-无机金属卤化物钙钛矿材料凭借其优异的光吸收特性、低激子结合能、长载流子扩散长度以及易溶液制备等特点而受到广泛关注。钙钛矿太阳电池更是发展迅速,其光电转换效率已超过24%,具有广阔的发展前景。钙钛矿材料的特性调控、薄膜缺陷的抑制与钙钛矿电池器件结构的优化设计是钙钛矿太阳电池性能提升的主要研究方向。钙钛矿材料独特的自掺杂特性可以实现导电类型的调控,为电池器件结构的设计提供了新的方向。本论文从钙钛矿材料自掺杂特性的物理本质入手,实现钙钛矿薄膜自掺杂特性的调控,进一步设计新型高效钙钛矿太阳电池结构,主要研究内容如下:利用开尔文探针显微镜(KPFM)和导电原子力显微镜(C-AFM)研究了钙钛矿(MAPbI3)薄膜的表面缺陷,分析了其优化改性的影响因素。研究反映,钙钛矿薄膜表面缺陷产生的电子陷阱可以通过退火处理进行控制,从而显著提高钙钛矿太阳电池的光电转换效率,抑制了迟滞现象;退火温度从60℃C提升到130℃C,使得太阳电池效率由10.9%提升至17.1%。这为抑制钙钛矿薄膜表面缺陷、提升薄膜质量提供了有效的思路,也为进一步实现高效、无电流迟滞的钙钛矿太阳电池的研究制备奠定了基础。通过工艺调控实现了钙钛矿材料(MAPbI3)载流子寿命和自掺杂特性的调控,并揭示了其对太阳电池性能影响的作用机制。在较高温度下退火的钙钛矿薄膜中,电子空穴的双分子复合使得载流子寿命较短,这与光致发光的快速衰减阶段相对应;随着退火温度的提高,钙钛矿薄膜的掺杂特性由p型向n型转化。此外,载流子寿命较短的本征(i型)钙钛矿薄膜有利于提高太阳电池的开路电压,而n型的钙钛矿薄膜有利于提高太阳电池的短路电流和光电转换效率。利用载流子寿命和自掺杂特性的管理,获得了光电转换效率超过17%的钙钛矿太阳电池。这为研究钙钛矿薄膜特性与电池器件性能之间的关系提供了新思路。提出并实现了由n型钙钛矿材料(MAPbI3)和p型空穴传输材料构成的无电子选择层的异质结钙钛矿太阳电池。基于缺陷工程调控钙钛矿材料自掺杂特性的物理本质,通过对钙钛矿材料前驱体组分和薄膜沉积工艺的控制,实现了钙钛矿薄膜由p型到n型的连续调控。同时,引入混合的非极性非质子溶剂获得了晶粒尺寸与致密度优化的钙钛矿薄膜。进一步,获得了 n型自掺杂且高质量的钙钛矿薄膜,实现了高效的无电子选择层钙钛矿太阳电池,最高光电转换效率可达15.69%;该太阳电池在21天内性能并未衰减,与传统的平面钙钛矿太阳电池相比,具有更好的长期稳定性。基于自掺杂特性调控技术和高质量钙钛矿薄膜制备技术,首次提出和构建了钙钛矿同质结结构,并且通过截面的KPFM技术证实了钙钛矿p-n同质结的形成。利用自掺杂特性调控技术,实现钙钛矿薄膜p型/n型特性选择;提出钙钛矿薄膜的联合沉积方法,在溶液过程沉积的n型钙钛矿薄膜上继续制备一层真空热蒸发沉积的p型钙钛矿薄膜,获得了钙钛矿p-n同质结。钙钛矿同质结的内建电场能够有效促进光生载流子的定向传输,从而降低了载流子复合损耗;进一步应用于平面钙钛矿太阳电池中,显著提升了太阳电池的性能。MAPbI3的钙钛矿同质结太阳电池效率达到20.80%(认证效率为20.50%),FA0.15MA0.85PbI3的钙钛矿同质结太阳电池效率高达21.38%。研究表明,钙钛矿同质结结构是现有平面异质结钙钛矿电池体系以外,减少载流子复合损失、提升太阳电池光电转换效率的有效新途径。