引入2D有机-无机杂化钙钛矿作为钝化剂是提高钙钛矿太阳能电池性能和热稳定性的一种有效策略，但目前对2D钙钛矿的结构与化学性质如何影响2D/3D钙钛矿异质结的性能仍不清楚，导致对2D钙钛矿的选择仍处于试错阶段。

针对如何选择2D钙钛矿钝化剂来提高2D/3D钙钛矿异质结电荷传输性能这一科学问题，近日，中国科学技术大学罗毅&叶树集教授团队，利用对称性敏感的和频振动光谱技术(SFG-VS),结合光泵浦-太赫兹探测技术(OPTPS)及荧光(PL)光谱等手段，揭示了2D钙钛矿结构有序度如何调控2D/3D钙钛矿异质结电子无序度，进而调控2D/3D钙钛矿异质结电荷传输性能的规律。

作者以四种苯环不同位点氟取代的有机阳离子（分别为苯乙胺（PEA）、邻氟苯乙胺（o-FPEA）、间氟苯乙胺（m-FPEA）和对氟苯乙胺（p-FPEA））2D钙钛矿作为钝化剂，系统研究了不同含量的钝化剂对3D钙钛矿FA_0.8Cs_0.2PbI₃电荷传输性能的影响。利用PL和OPTPS对四种2D钙钛矿钝化3D钙钛矿FA_0.8Cs_0.2PbI₃所形成的2D/3D钙钛矿异质结进行了光电性能的测试。

结果表明，2D/3D钙钛矿异质结的PL强度和寿命、载流子迁移率及载流子扩散长度随着2D钙钛矿含量的增加呈现出先增高后降低的趋势，当2D钙钛矿浓度在16.67%时，2D/3D钙钛矿异质结具有最佳的光电性能。此浓度下，2D/3D钙钛矿体系中的PL强度及寿命、载流子迁移率及扩散长度与钝化的2D钙钛矿有如下变化顺序：p-FPEA₂PbI₄>m-FPEA₂PbI₄>PEA₂PbI₄>o-FPEA₂PbI₄。

最后作者利用SFG-VS测量2D钙钛矿的结构有序度，利用紫外-可见吸收光谱技术表征2D/3D钙钛矿异质结电子无序度。在类似能级排列条件下，2D钙钛矿苯环有机基团的结构有序度有效降低2D/3D钙钛矿异质结电子无序度，进而大幅度提高2D/3D钙钛矿异质结构的光致发光寿命、载流子迁移率以及扩散长度等光电性能。在该构效关系指导下，作者成功制备出具有1.3微秒超长荧光寿命，约18.56 cm²V^-1s^-1载流子迁移率，约7.85微米载流子扩散长度的2D/3D异质结薄膜。该薄膜载流子扩散长度达到了一些钙钛矿单晶中的载流子扩散长度（>5微米）的水平。该工作展现了和频振动光谱和光泵浦-太赫兹探测技术在揭示光转换材料构效关系中所发挥的独特作用。构效关系的揭示有望为设计更加高效稳定的钙钛矿太阳能电池及相关光电器件提供指导。