从2009年至今,基于卤化铅钙钛矿材料的薄膜太阳能电池发展迅速。近年来,为了消除由重金属元素铅带来的潜在风险,许多研究者开始致力于探寻环境友好且光电性能优良的新型非铅钙钛矿材料。本课题以替代卤化铅钙钛矿薄膜电池中的铅元素为出发点,基于室温下的元素直接反应,成功制备了铋基半导体纯无机类钙钛矿材料CuBiI₄和Cs₃Bi₂I₉,并对其光电性能进行了系统研究。研究结果表明铋元素作为可替代铅的环境友好元素,未来光伏应用的潜力巨大。具体研究内容如下:1、在室温（20℃-40℃）条件下,以铜粉、铋粉、碘粉为原材料制备了CuBiI₄三元化合物半导体薄膜。X射线衍射（XRD）、X光光电子能谱（XPS）等分析证明采用室温元素反应方法可以制备出无任何杂质的CuBiI₄薄膜,瞬态表面光电压（TSPV）、霍尔效应等测试结果表明CuBiI₄是一种光电性能良好的N型半导体材料。对铜铋不同摩尔比例薄膜的光电性能进行了探究,表明光生载流子浓度随着初始Cu/Bi摩尔比例的增加而显著增加。将Cu/Bi不同摩尔比例薄膜应用于光电探测器,对器件性能进行了测试,结果表明CuBiI₄样品（Cu/Bi=1:1）的光电响应率是纯Bi I₃器件（Cu/Bi=0:1）的10⁶倍。将其作为吸光层组装成太阳能电池器件,得到0.13%的光电转换效率。2、采用室温元素直接反应方法在普通环境中成功制备Cs₃Bi₂I₉半导体薄膜材料,通过XRD、SEM、EDS、XPS等测试手段进行了物相表征,TSPV、UV-Vis等测试结果表明Cs₃Bi₂I₉是一种禁带宽度为2.0 e V的P型半导体材料,将其作为吸光层应用于结构ITO/Sn O₂/Cs₃Bi₂I₉/Spiro-OMe TAD/Au的太阳能电池器件中,其光电转换效率达到0.41%。本文的创新点主要包括:（1）室温元素反应方法所需装置和操作均较简单,反应条件温和,克服了以往制备工艺复杂、耗能高的缺点,无需手套箱及磁控溅射大型设备,具有广泛工业应用前景。（2）用Bi粉代替传统Bi I₃作为反应原材料,易于控制初始元素摩尔比。Bi粉在外界环境更稳定,易于保存,降低了生产成本。（3）前驱体溶液中冰醋酸的加入有效抑制了Bi I₃在外界环境易被氧化和水解的弊端,使整个制备过程在外部环境中即可进行,无需湿度及氧含量的控制,为在室温条件下制备Bi基钙钛矿光电材料提供了一种新的合成策略。