近年来,有机-无机杂化钙钛矿材料凭借其独特的光电特性成为光电子领域冉冉升起的新星,广泛应用于太阳能电池、光电探测器、发光二极管等光电子器件,但有机-无机杂化钙钛矿在稳定性方面存在明显短板,限制了其在实际生产生活中的应用。全无机CsPbBr3钙钛矿因兼具杂化钙钛矿优良的光电特性和出色的湿、热稳定性,愈发受到研究者们关注。传统两步溶液法制备出的CsPbBr3薄膜存在连续性差、杂质相含量高、光吸收能力弱、缺陷态密度高等问题,且大面积CsPbBr3薄膜图形化制备困难,严重制约了CsPbBr3光电子器件性能提升和应用场景。此外,为提高器件性能而广泛采用的能耗高或价格昂贵的电荷传输材料也显著增加了生产成本,不利于器件商业化应用。针对上述问题,本论文详细研究了CsPbBr3薄膜结晶过程,提出了一系列新工艺方法提升CsPbBr3薄膜品质,并应用于光电二极管型太阳能电池和光电探测器的制备,进一步通过结构优化、离子掺杂和界面修饰等措施在降低器件成本的同时,对器件性能进行调控。具体研究内容如下:1.提出两种改进溶液法,分别对CsPbBr3钙钛矿的形核与生长进行调控。首先,针对CsPbBr3前驱体层之一的Cs Br层,提出一种改进的多步溶液沉积方法,实现了CsPbBr3薄膜中残留杂质相向CsPbBr3相的定向转变。与传统两步溶液法相比,基于改进工艺制备的CsPbBr3薄膜呈现出更高的相纯度、覆盖率、光吸收能力以及更低的缺陷态密度。后续引入Sn O2薄层与Ti O2层组成复合电子传输层,抑制器件泄漏电流通道并增强电子提取能力,制备的平面型CsPbBr3太阳能电池效率提升至8.79%,该效率为当时所报道的平面型CsPbBr3太阳能电池的最高效率。接着,针对CsPbBr3另一前驱体层——Pb Br2层,提出一种新颖的反溶剂工艺调控Pb Br2前驱体层生长的策略,实现了CsPbBr3晶体的生长调控。之前报道的CsPbBr3沉积工艺改进研究几乎都聚焦于Cs Br前驱体层的沉积,而对Pb Br2“框架层”的结晶动力学关注较少。在此,详细研究了不同反溶剂工艺参数对Pb Br2晶体形核和生长的影响机制。反溶剂处理的CsPbBr3薄膜形貌得到明显改善,呈现出更高的覆盖率、均匀度及更大的晶粒尺寸。优化的CsPbBr3太阳能电池光电转换效率相较于未处理器件效率提升了23.2%。此外,未封装电池呈现出优异的稳定性,在空气中存放1000 h和在高温环境存放一个月后,器件性能几乎未发生衰退。2.提出一种卤素I-离子与碱金属Li+离子共掺杂策略,进一步对CsPbBr3薄膜光电特性和器件性能进行调控。首先,采用I-离子部分取代CsPbBr3中的Br-离子生成CsPbIBr2,提高钙钛矿前驱体溶解度并扩展其光吸收谱。接着,将Li+离子引入CsPbIBr2晶格中,进一步善钙钛矿光敏薄膜的结晶特性。深入揭示了Li掺杂策略对CsPbIBr2结晶取向性、薄膜形貌、能级结构、载流子寿命及陷阱态密度等的影响机制。Li掺杂器件能量损耗的减少引起光伏性能的全面提升,其最高光电转换效率达9.25%,相较于未掺杂器件提高了24.8%。此外,得益于Li掺杂后钙钛矿元素间化学键能的增强,器件表现出更高的稳定性。3.提出一种高度可控的连续气相沉积方法,实现图形化CsPbBr3薄膜器件的高效可控制备。首先,深入探究了CsPbBr3薄膜不同相组分对薄膜形貌、结晶度、光学及电学性能的影响机制。基于气相制备的CsPbBr3薄膜,设计并制备了一种无电荷传输层、自供能CsPbBr3光电探测器。器件摒弃了电子和空穴传输层的使用,在保持高性能的同时极大地简化了生产工艺和降低了生产成本。在此基础上,引入超薄PMMA修饰层来钝化CsPbBr3薄膜缺陷,并抑制器件暗电流水平。优化的器件光响应时间低至3.8μs,电流开/关比达3.5×10~4,并被成功应用于自制的可见光通信系统中传递音频信号。接着,进一步改进了CsPbBr3光电探测器结构设计和性能调控策略,真正实现了器件的全气相制备,有利于实现光电探测器图形化、阵列化制备。实验表征和理论计算表明,Cu Pc和Mo O3修饰层的引入能够有效降低界面能垒,改善电子和空穴传输特性,降低界面载流子聚集和复合损失,从而引起器件性能全面提升。优化的CsPbBr3光电探测器在0 V偏压下响应时间降至0.96μs,开/关比和探测率分别升至1.17×10~6和5.22×1012 Jones。最后,构建了625像素图像传感器原型器件,呈现出良好的图像感知与还原能力,为开发高分辨率图像传感器提供了新思路。