有机无机杂化钙钛矿（organic-inorganic hybrid perovskite）由于制备方法简单、成本低廉和光电性能优异等特点,电池效率已从最初的3.8%提升到目前的26.1%,效率的突飞猛进使得钙钛矿电池的商业化前景更近了一步。然而传统铅基有机无机杂化钙钛矿电池含有有毒元素Pb,阻碍了其大面积产业化的步伐,因此寻找低毒甚至无毒元素部分或完全替代Pb,成为了目前迫切需要解决的问题。由于Sn元素具有低毒的特性,且Sn2+半径和Pb2+半径大小相似,因此保证了采用Sn元素部分或完全替代Pb不会带来大的晶格畸变。锡基钙钛矿能带宽度比铅基钙钛矿更窄,根据Shockley-Queisser理论可以推导出锡基钙钛矿的理论极限效率是33%,比铅基钙钛矿理论极限效率更具优势,也为锡基钙钛矿电池效率的提升提供了巨大空间。然而锡基钙钛矿能带与铅基有机无机杂化钙钛矿能带存在差异,而且目前制备锡基钙钛矿电池依然沿用对铅基钙钛矿电池能带合适的电荷传输层,因此锡基钙钛矿电池效率的提升受到极大的限制。针对锡基钙钛矿与电荷传输层之间存在能带匹配的问题,本论文将能带匹配问题作为主要研究方向,通过调控锡基钙钛矿的能带,促使钙钛矿与电荷传输层之间能带达到最佳匹配,进而提升电池器件效率。本论文的主要工作内容分为以下四个部分:1.首先选择制备方法简单的铅基有机无机杂化钙钛矿作为研究基础,采用溶液法生长的TiO2作为电子传输层,通过调控TiO2的生长时间,实现对TiO2薄膜表面Cl和OH-含量的调控。通过DFT仿真TiO2薄膜表面Cl和OH-分别对TiO2和钙钛矿界面间缺陷的影响进行建模分析,仿真结果发现Cl提高了界面间缺陷形成能,而OH-降低了界面间缺陷形成能,界面间缺陷的减少抑制了载流子的复合,有利于器件效率的提升。在调控TiO2生长时间的同时,也实现了对TiO2能带进行调控,实验结果表明,生长1+0.5 h的TiO2薄膜与钙钛矿之间能带匹配最优,基于最优的能带匹配结构,实现了最高24.31%的效率。2.借鉴上一部分对电子传输层能带进行调控并基于能带匹配实现高效率电池器件的经验,选择具有优异稳定性的三阳离子钙钛矿作为研究基础,在该钙钛矿体系中采用Sn I2替代Pb I2,以降低钙钛矿中Pb的含量,减少有毒元素Pb对环境的影响。通过优化钙钛矿中Pb-Sn的混合比,实现了对钙钛矿能带进行调控,发现Pb-Sn的混合比在x=0.336时,钙钛矿能带与电荷传输层能带达到最佳匹配。对不同Pb-Sn混合的钙钛矿进行仿真分析,发现仿真过程中Pb-Sn混合比例的变化所导致的能带变化趋势与实验过程中能带变化趋势一致,进一步验证了调控Pb-Sn的混合比可以实现对钙钛矿能带进行调控的作用。基于x=0.336时Pb-Sn混合钙钛矿与电荷传输层之间优异的能带匹配,钙钛矿电池实现最高16.10%的效率,且该电池器件的迟滞现象最小。进一步对迟滞现象的成因给出两方面的解释:（1）、Pb-Sn混合比的变化带来钙钛矿晶粒尺寸分布的变化,在最优的钙钛矿晶粒尺寸分布下,钙钛矿迟滞现象最小;（2）、Pb-Sn混合钙钛矿与电荷传输层能带越匹配,两层之间所形成的能带补偿（△E）越小,能带补偿越小越有利于载流子的传输,从而在两层能带之间载流子聚集越少,两层之间所形成的离子电容也越小,离子电容越小钙钛矿的迟滞现象也越小。3.为了完全消除钙钛矿中有毒元素Pb的影响,以MASn I3为研究基础,通过引入乙二胺碘（EAI）对钙钛矿组分进行调控,发现有机大阳离子EA+的引入,改善了MASn I3钙钛矿的形貌,减缓了薄膜结晶速率,促进了MASn I3钙钛矿形成垂直于衬底取向生长的结构,这种结构有利于载流子的传输。同时EAI的引入也对MASn I3钙钛矿的能带起到调控作用。基于最优40%EAI的引入比例,MASn I3钙钛矿电池实现了最高9.24%的效率。4.鉴于EA+对MASn I3钙钛矿形貌、结晶速率、能带和晶体结构取向生长具有调控作用,因此,设想保留EA+的同时,将Br-也引入该体系。基于EA+和Br-的共同作用,调控了MASn I3钙钛矿的取向结晶,诱导钙钛矿垂直于衬底取向生长。EABr引入比例的不同,对MASn I3钙钛矿能带也起到调控作用,在最优30%EABr添加下,MASn I3钙钛矿与电荷传输层能带达到最佳匹配,基于最优匹配的能带结构,电池器件实现了最高9.60%的效率。综上所述,为实现高效率的锡基钙钛矿电池,通过调控钙钛矿能带与电荷传输层能带达到最优匹配,是实现高效率电池器件必须满足的条件。能带匹配使得界面间载流子能够被有效抽取,抑制了界面间载流子复合,降低了电池迟滞现象。本论文为锡基钙钛矿能带调控和优化锡基钙钛矿光伏电池性能提供了参考意义。