有机、钙钛矿太阳能电池通常由夹在底电极和顶电极之间的多个薄膜层组成。此类薄膜太阳能电池的能级排布不仅决定于各薄膜层的能带弯曲，而且取决于层间的界面效应，是影响载流子传输，进而决定器件性能的关键因素之一。虽然各薄膜层的能级容易测量，但如何准确获取此类垂直封闭型器件的能级排布极具挑战性，尤其是在原位工况下。 我们的研究致力于发展原位扫描开尔文探针显微镜(SKPM)技术，观测处于不同工况下的有机和钙钛矿太阳能电池横截面的能级排布。该技术能够准确揭示材料和器件结构对器件性能的影响。但由于非理想的针尖尺寸以及悬梁臂的串扰，SKPM的测量精准度大打折扣。为此，我们发展了一系列定量方法，包括偏压补偿法，数值去卷积法以及悬臂振荡动力学优化等，成功还原了器件真实的能级排布。进一步地，我们针对商用SKPM系统空间分辨率的瓶颈，自主研制了超高真空SKPM系统，成功实现了器件精细界面能级排布的高分辨成像。基于上述有机和钙钛矿太阳能电池能级排布的研究结果，我们有针对性地调控材料和界面，从而优化器件能级排布提升器件性能。