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随着全球性能源危机和环境恶化的加剧,开发新能源、研究发展新材料是世界各国面临的共同课题。有机无机(杂化)卤化物钙钛矿因其具有可调的直接能带带隙、载流子扩散长度大、可见光吸收系数高和制备工艺简单等优点,在光伏发电器件中具有重要的发展潜力和使用价值。溶液法是制备杂化钙钛矿薄膜材料重要的制备工艺,但通过该方法制备的钙钛矿薄膜具有形貌差、缺陷多和成分分布不均匀等缺点。因此理解杂化钙钛矿在溶液中的形核生长机理,对实现钙钛矿材料在溶液中的调控生长,改善其结晶质量和性能具有重要的意义。同时杂化钙钛矿材料在空气中的稳定性较差,是制约其进一步发展和商业化应用的重要因素,提高材料稳定性是目前发展杂化钙钛矿太阳能电池的迫切需求。 本文首先利用原位液体环境透射电镜(TEM)成像技术研究了有机无机卤化物钙钛矿(CH3NH3PbI3)在dimethylformamide(DMF)溶剂中的形核、生长动力学过程。我们发现电子束辐照可以促进溶剂的挥发形成过饱和溶液,从而促进CH3NH3PbI3纳米颗粒在过饱和溶液中形核结晶。但过强的电子束辐照会引起CH3NH3PbI3纳米颗粒分解,为此电子束入射剂量率需要保持在一个安全阈值之下(90e-/(A)2s)。CH3NH3PbI3纳米颗粒在溶液中的生长规律定量分析表明,CH3NH3PbI3纳米颗粒的平均半径(ra)与时间(t)的关系是ra~t1/5,这与经典的Lifshitz-Slyozov-Wagner(LSW)晶体生长理论不一致,既不满足LSW理论中的反应控制生长模型,也不满足扩散控制生长模型。在CH3NH3PbI3纳米颗粒较为密集的样品区域,我们观察到了纳米颗粒间奇特复杂的聚合过程,同时提出了CH3NH3PbI3纳米颗粒间化学成分的互补性与晶体取向一致性的协同作用机制来解释这一有别于无机纳米颗粒聚合过程的异常动力学现象。该研究对于理解CH3NH3PbI3在溶液中的形核生长机理提供了重要参考。 本文还利用原位液体环境TEM样品杆对CH3NH3PbI3干样品和空气进行一起封装,对CH3NH3PbI3材料在空气中的稳定性进行了原位表征。通过对比性的实验观察分析,我们推断出空气中的水和氧气会促进CH3NH3PbI3材料的分解。高入射剂量率的电子束辐照会显著加快CH3NH3PbI3的分解速度。这一研究结果为通过改善材料表面特性来提高CH3NH3PbI3材料的稳定性提供了一定的借鉴意义。