太阳能作为一种安全、清洁的能源是全球各国的研发重点,尤其是光伏实现了跃升式的发展,各种新型光伏电池的光电转换效率不断有新的突破。十数年来,有机无机杂化钙钛矿材料作为一种有更高的光吸收系数、较长的载流子扩散距离、带隙可以优化等优异光电性质的新型半导体材料,受到研究学者的重点关注。尽管科学家们不断探索高效率的钙钛矿太阳能电池并取得显著进展,目前仍存在许多科学问题未研究透彻,比如高质量钙钛矿薄膜的生长机理、界面电子结构的直接探测与优化等问题。其中,钙钛矿层与传输层之间界面的微观结构和电子结构均对电荷输运和电荷提取起着重要作用,二者本身存在一定关联,同时也起着不同作用;此外,广泛采用的界面调控来有效提升器件性能也需要从这两个方面着手。因此,界面微观结构和电子结构一直是钙钛矿光伏研究的重点关注对象。然而,目前对钙钛矿薄膜在生长界面处的微观结构缺乏直接的观测手段,同时高效率器件中钙钛矿层与传输层之间的能级结构也需要进一步深入的实验研究。有鉴于此,本文主要从界面微观结构和界面电子结构两个方向着手,一方面通过使用基于同步辐射的掠入射X射线衍射（Grazing Incidence X-ray Diffraction,GIXRD）发展薄膜表界面微观结构的观测方法,进而研究薄膜上表面到界面随深度存在的分布变化;另一方面,在钙钛矿薄膜上热蒸镀有机小分子,利用原位光电能谱测量得到界面电子结构,探讨钙钛矿薄膜与空穴传输层间的界面偶极、能带弯曲等物理机制。本文的主要研究成果总结如下:1、广泛使用的GIXRD方法是X射线从样品表面入射,很难将下表面的衍射信号分离出来,难以实现对钙钛矿薄膜生长界面微观结构的直接表征。针对这一问题,依托上海同步辐射光源BL14B1线站,我们通过使用柔性衬底建立了一种可以无损探测钙钛矿薄膜生长界面处微观结构的实验方法:基于同步辐射的背入射GIXRD方法,从柔性衬底面采用合适的掠入射角直接得到生长界面处的衍射信号。在此基础上,我们对MAPb I3钙钛矿薄膜开展了研究:首先通过变温粉末衍射实验验证了MAPb I3钙钛矿单晶粉末在不同温度下的相态变化,然后采用背入射结合正入射GIXRD两种方法研究一步反溶剂方法在柔性基底上制备的钙钛矿MAPb I3薄膜,发现在室温下其存在四方相与立方相的混相,其中立方相是主要存在的相态。薄膜上表面到界面存在随深度的相态分布变化,MAPb I3薄膜生长界面处主要是立方相,而表面以四方相为主,薄膜内部则是四方相与立方相的混合状态,推测界面处由于受到基底的束缚,难以发生相变,因此退火冷却后依然是立方相,而表面则无束缚在退火冷却后完全转变到四方相。这些结果将有助于加深对MAPb I3体系的太阳能电池微观工作机制的理解。2、作为高性能的空穴传输层材料,小分子2,2′,7,7′-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9′-螺二芴（Spiro-OMe TAD）在有机无机杂化钙钛矿太阳能电池中被广泛应用,为了验证其在全无机钙钛矿的界面能级匹配情况,我们在一步法制备的Cs Pb I2Br衬底上真空蒸镀Spiro-OMe TAD的同时进行原位X射线和紫外光电子能谱表征,研究了Cs Pb I2Br与Spiro-OMe TAD的界面电子结构。结果表明,虽然Spiro-OMe TAD与钙钛矿基底的相互作用不明显,仍然会形成界面态导致界面处电子的积累,在Cs Pb I2Br基底侧和Spiro-OMe TAD侧都发生向上的能带弯曲,并形成了界面电偶极子;比较小的界面空穴注入势垒（0.23 e V）和比较大电子阻挡势垒（1.25 e V）,不仅有利于空穴的注入和提取,还能有效阻止电子转移,减少空穴与电子的复合。实验结果表明Spiro-OMe TAD在基于Cs Pb I2Br的全无机钙钛矿太阳能电池中是很合适的空穴传输层材料。