基于手性胺构筑的有机-无机杂化钙钛矿铁电材料的设计、合成及性能表征

Because of the advantages including good electrieal mobility, strutural diversity and ease of proeessing, et al, the organic-inorganic hybrid perovskite-type ferroelectric material have exhibited broad application prospects in optical, electrical, magnetic fields. Recently, it has aroused strong concern in the scientific community that organic-inorganic hybrid perovskite-type ferroelectric material as light-harvesting materials for mesoscopic solar cells with the power conversion efficiency to 15% can pave the way for low-cost, high-efficiency photovoltaic cells. Therefore, the design of novel organic-inorganic perovskite ferroelectric material is the current hotspot. In this project, we plan to use the organic-inorganic hybrid perovskite-type structure (ABX3) as the basic skeleton to explore the ferroelectric materials with high phase transition temperature by choosing different metal ions and halogen elements and chiral amine units. Furthermore, we will change the distortion of the structure by adjusting the the size of the ions to control and optimize molecules disorder to achieve phase-change. At last, this project can provide some theoretical and experimental supports for the application of the novel designed ferroelectric material in solar cell.

有机无机杂化钙钛矿型铁电材料由于有序的载流子传输网络、易成膜等特点其在光、电、磁学领域表现出广阔的应用前景，特别是最近应用于太阳能光伏电池领域，将转换效率提高至15%，为低成本、高效率的光伏电池铺平了道路，引起了科学界的强烈关注。因此，设计出新颖的有机无机钙钛矿铁电材料是当前的研究热点。 本项目以金属卤化物构筑的ABX3型有机无机钙钛矿的结构为基本骨架，通过设计和选择选择不同的金属离子和卤素元素，并引入手性胺阳离子基元，来调控钙钛矿中八面体的大小以及分子的畸变度，构筑出新型的有机无机钙钛矿型高居里温度的铁电材料。通过研究相变的起源，分析不同基元在相变过程中的作用，为构筑新型可应用于太阳能电池的有机无机钙钛矿型铁电体提供科学依据。

铁电晶体材料在光、电、磁等领域具有优异的性能而备受关注。特别是有机-无机杂化的钙钛矿分子铁电材料展现出更为优异半导体性能以及良好的机械稳定性和热稳定性。该课题以探索制备有机-无机杂化钙钛矿型分子铁电材料为基本出发点，在金属卤化物的主体框架中引入客体的手性基元以及柔性的有机胺阳离子，通过优化其与金属卤化物之间的组装方式，构筑了一系列具有结构相变的有机-无机杂化化合物，对其进行了系统的表征；通过调控组成基元之间的相互作用，探索得到新颖高温铁电材料，其局里温度达到78 °C, 饱和极化强度为1.1 μC/cm2，表现出优异的铁电性能和非线性光学性能。此外，利用单晶结构衍射等手段，深入地研究了铁电材料相变的结构起源，分析了不同基元在相变过程中的作用，为构筑新型的分子铁电体提供了重要的科学依据。