科学家通过原位PL、STEM等技术揭示了扩散介导合成方法对有机–无机混合钙钛矿纳米晶体(PNCs)的结构、形貌和光电性能的影响!
科学家通过荧光显微镜、TEM等仪器分析了光敏剂TBmA-Glu在体内外的抗肿瘤效果及其相关机制!
透射电子显微镜(TEM)和聚焦离子束(FIB)等先进仪器揭示二维范德瓦尔斯晶体InSe在压缩下的马氏体相变及其塑性特性!
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【研究背景】基于相纯的二维 (2D) 钙钛矿形成均匀钝化层是钙钛矿太阳能电池的一个挑战,尤其是在将器件扩展为模块时。未解决这一问题,武汉理工大学卜童乐研究员、麦立强教授和黄福志研究员(共同通讯作者)等人揭示了二维钙钛矿在三维钙钛矿表面生长时存在的链长依赖性和卤素相关的相分离问题。
研究表明,利用长链(>
10)烷基胺配体盐和溴化甲脒处理钙钛矿层,能形成均匀的二维钙钛矿钝化层。作者实现了活性面积效率分别为25.61%、24.62%和23.60%的无抗溶剂处理小型(0.14 cm²)、大型(1.04 cm²)器件及小型模块(13.44 cm²)。这种钝化策略兼容印刷技术,实现了310 cm²和802 cm²全插槽模版印刷的大面积太阳能模块分别为18.90%和17.59%的孔径面积效率,展示了规模化制造的可行性。
表征解读】本文通过广角 X 射线衍射(GIWAXS)实验、场发射扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、凯文探针力显微镜(KPFM)、X 射线光电子能谱(XPS)等多种表征手段,揭示了钙钛矿薄膜的微观结构特性及其性能。通过 GIWAXS 实验,作者成功地获得了钙钛矿薄膜的晶体结构信息,明确了薄膜的取向特性和晶格参数,进一步揭示了薄膜的结晶性和形貌对其光电性能的影响。此外,SEM 和 AFM 的结合应用使作者能够深入观察薄膜表面的微观形貌,发现了其在不同沉积条件下的表面平整度和微观缺陷分布,这一些因素与钙钛矿薄膜的光学性质及器件性能密切相关。
针对钙钛矿薄膜的光学特性,本文采用稳态光致发光(PL)光谱和原位 PL 光谱对其发光行为进行了全面表征。PL 光谱分析揭示了不同晶体结构和沉积条件下钙钛矿薄膜的发光特性变化,通过对比 PL 信号的峰值变化,进一步推测了薄膜中的缺陷态分布及其对载流子复合的影响。原位 PL 测量通过监测薄膜在旋涂过程中的发光演化,提供了薄膜形态变化对光电性能的实时动态信息,揭示了薄膜的光学稳定性和在外界环境变化下的响应特性。
为了深入理解钙钛矿薄膜的载流子动力学过程,本文使用了时间分辨共聚焦光致发光映射光谱(TRPL),通过该技术获得了钙钛矿薄膜中的载流子寿命信息。时间分辨 PL 测量表明,在不同的激发条件下,载流子寿命的变化反映了薄膜中载流子复合的速度和效率,这一信息为逐步优化材料的光电性能提供了重要依据。
此外,XPS 和 UPS 分析揭示了钙钛矿薄膜的表面化学状态和能带结构,帮助作者深入理解了薄膜中电子态的分布以及不同沉积条件对电子结构的影响。XPS 深度分析(ToF-SIMS)进一步揭示了钙钛矿薄膜在深度方向上的化学成分分布,为材料的稳定性和性能提供了重要的理化基础。
综上所述,通过多种表征手段的综合运用,本文深入分析了钙钛矿薄膜的结构、光学及电学性能之间的关系,揭示了薄膜材料中的微观机理,并为钙钛矿薄膜的制备和性能优化提供了新的视角。在此基础上,通过优化薄膜的制备工艺,成功制备出具备优秀能力光电性能的钙钛矿薄膜,为钙钛矿基光电器件的开发和应用提供了理论依照和技术上的支持,推动了钙钛矿材料在太阳能电池等领域的进一步发展。
Cs0.07PbI3)以及加入适量的MACl和PbI2,成功提高了薄膜的质量和光电转换效率。这一过程克服了传统方法中溶剂对薄膜性能的影响,减少了溶剂蒸发带来的缺陷。此外,表面钝化处理(如FABr和DABr溶液的动态旋涂)显著改善了钙钛矿薄膜的表面上的质量,增强了器件的稳定性和效率。此外,本文在大面积模块的制备中,采用了槽模印刷技术,为工业化应用提供了重要的思路。通过优化前驱体溶液浓度、涂布速度及印刷参数,成功制作出高质量的钙钛矿光伏模块,解决了大面积制备中常见的均匀性问题。这为钙钛矿太阳能电池的规模化生产和应用奠定了基础,同时也为未来其他光伏材料的制备方法提供了有价值的借鉴。
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