摘 要

二维有机无机杂化钙钛矿材料因为其相对于三维钙钛矿结构具有更为优异的稳定性和结构多功能性。被广泛制成器件。其具有的结构多样性与可微调性而为其成为工程材料提高了空前的机会。众所周知，利用氟取代氢原子能够显著的增强其对温度与湿度的抵抗力。并以此来增强其稳定性。具有最高电负性的氟原子能增强无机组成部分之间的范德瓦耳斯键和氢键。

本文借助用在PEA₂MA_n-1Pb_nI_{3n 1}材料的有机阳离子上应用”氟代反应”来探究引入氟原子对其结构与性能的影响，进而提高和调控二维有机无机杂化钙钛矿器件的光电性能。主要工作如下:

1.通过氟代反应处理PEA 有机阳离子，得到一种新的有机阳离子4-FPEA 。与PEA 相比较，4-FPEA 能够让二维钙钛矿晶体更倾向于垂直方向生长，而且基于4-FPEA 的二维钙钛矿薄膜的晶粒尺寸更大、薄膜更致密、结晶度更高。

2.通过调控相分布来提高二维有机无机杂化钙钛矿器件中载流子的传输效率。电荷扩散长度，载流子激活能和载流子迁移率结果也表明改善的相分布极大地提高了载流子的传输能力。

3.对比而言，4-FPEA 具有更强的疏水性，氟化的二维钙钛矿器件展示出优异的湿度稳定性，在高湿度（55±5％）的空气中存储300小时后，未封装的器件仍可以保持其初始效率的83％以上。

关键词：二维有机无机杂化钙钛矿；4F-PEA ；载流子传输

Abstract

Compared with the three-dimensional perovskite structure, the two-dimensional organic−inorganic perovskite material has better stability and structural versatility.It is widely made into devices.Its structural diversity and fine-tuning enhance its unprecedented opportunity to become an engineering material.It is well known that replacing hydrogen atoms with fluorine can significantly increase their resistance to temperature and humidity and to enhance its stability.The highest electronegative fluorine atomic energy enhances the van der Waals bond and hydrogen bond between inorganic components.

In this paper, the influence of the introduction of fluorine atoms on the structure and properties of organic cations of pea2man-1pbni3n 1 material was studied by means of "fluorine generation reaction”, so as to improve and regulate the photoelectric performance of two-dimensional organic-inorganic hybrid perovskite devices. The main work is as follows:

1. A new 4-FPEA was obtained by fluoride organic cation. Compared with PEA , 4-FPEA can make the two-dimensional perovskite crystals more inclined to grow in the vertical direction, and the two-dimensional perovskite films based on 4-FPEA have larger grain size, denser films and higher crystallinity.

2. The carrier transport efficiency in two-dimensional organic-inorganic hybrid perovskite devices can be improved by adjusting phase distribution. The results of charge diffusion length, carrier activation energy and carrier mobility also show that the improved phase distribution greatly improves carrier transport capacity.

3. In contrast, 4-FPEA is more hydrophobic, and fluorinated two-dimensional perovskite devices exhibit excellent humidity stability. After 300 hours of storage in high humidity (55± 5%) air, unpackaged devices can still maintain more than 83% of their initial efficiency.

Key Words：two-dimensional organic−inorganic perovskite；4F-PEA ；Carrier transport

目 录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2钙钛矿材料 1

1.3钙钛矿太阳能电池 2

1.4有机-无机杂化钙钛矿材料 5

第2章 实验方法及分析表征 7

2.1钙钛矿太阳能电池的制备方法 7

2.2实验分析表征方法 8

第3章 4-FPEA 对二维有机无机杂化钙钛矿太阳能电池光电性能的调控 11

3.1引言 11

3.2实验部分 11

3.3 4-FPEA 对二维钙钛矿太阳能电池的影响 12

3.4 4-FPEA 对二维钙钛矿太阳能电池结构的影响 12

3.5 4-FPEA 对 2D 钙钛矿太阳能电池相分布的影响 14

3.6 4-FPEA 对二维钙钛矿太阳能电池电荷传输的影响 16

3.7 4-FPEA 对二维钙钛矿太阳能电池稳定性的影响 18

3.8本章小结 18

第4章 4-FPEA 对二维有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池磁光性能的影响 20

4.1引言 20

4.2实验部分 21

4.3 4-FPEA 对二维钙钛矿太阳能磁光性能的影响 21

第5章 总结 23

参考文献 24

致谢 27

附录1 28

附录2 29

绪论

• 1. 引言

随着人类的科技不断发展，我们身边的机器与设备都需要能量才能维持运作。在第一次工业革命后，人们便开始使用地球上的能源，但是人们使用的都是不可再生的一次能源。随着人们对能源需求逐渐加大。我们对能源便越来越重视，地球上所拥有的一次能源总是有限的，而人类的发展进步是无限的。所以，许多科研工作者开始探索利用其他能源，在众多能源中，太阳能最为一种清洁、绿色的能源备受人们所关注。，太阳每秒照射到地表的能量是相当大的能量，而且太阳的寿命还很长。如果人们能够充分的利用这种能源，将会对我们未来的发展提供巨大的帮助。

近年来，功能材料得研究开始集中在相变材料上^[1-9]，特别是有机-无机杂化钙钙钛矿材料。有机无机杂化钙钛矿材料通过将具有良好结构调节性、可塑造性、极性、加工容易等优点的有机阳离子和具有出色半导体性质、磁光、电光性质、耐热性等优点的无机阴离子框架自发结合形成的同时具有两种离子优点的钙钛矿或者类钙钛矿结构的功能材料^[10-14]。有机-无机杂化钙钛矿材料以其优异的光电性能，如良好的吸收、高的载流子迁移率和长的载流子扩散距离，在光伏材料研究中得到了广泛的应用^[15-18]。同时，有机-无机杂化钙钛矿材料由于其组分和结构简单、溶液处理容易、成膜容易、成本低廉，在发光二极管、光电探测器、光催化和太阳能电池等领域有着重要的应用^[19-28]。