钙钛矿太阳电池常采用ABX₃构型的钙钛矿材料，如CH₃NH₃PbI₃等作为光吸收层。一般认为钙钛矿太阳电池器件本质上是一个p-i-n结在工作。钙钛矿太阳电池具有多种结构，其核心为钙钛矿光吸收层。该类电池主要由几个部分组成：导电基底、致密层、氧化物半导体、钙钛矿光吸收层、空穴传输层及金属电极。导电基底作为其他材料附着的基础，同时还起到传输电荷的作用；致密层主要作用为收集电子，阻挡空穴和导电基底复合；氧化物半导体起到骨架支撑钙钛矿材料的作用；钙钛矿材料吸收光产生电子和空穴；空穴传输层起到输运空穴的作用；金属电极则负责收集空穴或电子。由于钙钛矿材料本身具有良好的电子和空穴的双极输运能力，因此导电基底、钙钛矿材料和金属电极是钙钛矿太阳电池的必备部分，而其他部分则起到改善电池性能的作用。

2009年，日本科学家首次将CH₃NH₃PbI₃用于染料敏化太阳电池中，制备出液态的钙钛矿敏化太阳电池，光电转换效率达到了3.8%。随着技术的不断发展，钙钛矿从单一MAPbI₃型材料过渡到多元混合型钙钛矿材料，电池器件效率及稳定性得到大幅度提高，并获得美国国家可再生能源实验室认证24.2%的光电转换效率，受到人们的广泛研究和关注。