有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池已成为科研领域、光伏产业和国家科技战略关注的热点。虽然目前单结钙钛矿太阳能电池的能量转换效率已达到25.7%,但继续提升该指标仍是推进技术产业化的关键任务之一。近年来,大多数显著提升能量转换效率的方法可以被总结为通过钝化吸光层体内和表面的缺陷降低载流子非辐射复合。尽管缺陷钝化的效果明显,但这些策略普遍忽视了少数载流子的空间分布问题,并对吸光层前表面的关注不足,从而限制了技术的发展方向。本论文以实现全新的性能提升策略为目标,在策略提出、原理论证与应用拓展方面依次开展了系统的研究,充分证明了构建吸光层前表面能级梯度是一种全新的、与缺陷钝化原理截然不同的性能提升策略,并且证明了该策略对主流钙钛矿材料和成膜工艺普遍有效。具体内容如下:（1）首次在钙钛矿光伏器件中成功构建了吸光层前表面能级梯度,并实现开路电压增益。在经典的正型MAPbI3器件中,采用价带边能级较深的CsPbBr3量子点置于主吸光层MAPbI3的前表面,从而成功构建了足以将空穴（少数载流子）推离前表面的价带能级梯度（F=VEV）。证明了量子点与MAPbI3之间足够的▽EV是形成开路电压增益的必要条件。该CsPbBr3量子点经过自行开发硫酸盐后处理,成功防止制备过程中极性溶剂对其造成破坏。前表面能级梯度对于空穴的空间分布调控降低了非辐射复合,形成了高达90 mV的开路电压增益。正型MAPbI3器件展现出1.17 V的开路电压以及20.53%的能量转化效率,此性能可以与采用缺陷钝化策略的最优同类器件相媲美。（2）证明了构建前表面能级梯度是一种对主流钙钛矿光伏材料普遍有效的器件性能提升策略,且其工作原理与传统策略截然不同。为了在MAPbI3以外的钙钛矿光伏材料体系中实现前表面能级梯度策略,在正型三元阳离子钙钛矿（CsFAMA）光伏器件中构建了基于CsPbBr3量子点的前表面能级梯度。该策略在CsFAMA体系中实现了 50mV的开路电压增益,使器件展现出1.18V的开路电压（对应93%的S-Q极限）。22.36%的能量转化效率与同类器件相比具备竞争力。此外,通过探索配体材料对器件性能的影响,并通过一维扩散-漂移模型模拟、紫外光电子能谱分析、内建电场表征和载流子复合动力学表征,充分证明了价带能级梯度形成了指向吸光层体内的前表面电场（F=VEV）。因此,得以利用体内复合速率远低于表面复合速率的特点充分降低器件的非辐射复合,在不影响光电流的前提下显著提升器件开路电压与能量转换效率。该策略的工作原理与缺陷钝化无关。（3）成功将前表面能级梯度发展成与两步成膜工艺相兼容的器件性能提升策略。前两部分的钙钛矿光伏器件均采用首先发展的一步成膜法,而两步成膜法是目前高性能钙钛矿光伏的常用制备工艺。为了克服两步法成膜中多次旋涂对前表层带来的冲击,发展了基于CdSe-ZnS量子点的前表面材料。CdSe-ZnS量子点与FAPbI3形成的价带边能级梯度有效降低了吸光层前表面的非辐射复合,使器件实现了 60 mV的开路电压增益和1.17 V的开路电压。两步成膜形成的更大的吸光层厚度带来了高达25.12mA cm-2的短路电流。CdSe-ZnS量子点与FAPbI3的晶格常数匹配使填充因子增至0.81。最终,最优器件能量转换效率达到23.66%。该效率值在同类器件中处于领先水平。