卓立汉光系统解决方案助力钙钛矿材料研究

卓立汉光系统解决方案助力钙钛矿材料研究

钙钛矿(perovskite)材料是一类有着与钛酸钙（CaTiO3）相同晶体结构的材料。 钙钛矿材料结构式一般为ABX3,其中A,B是两种阳离子，X 是阴离子。 近200年来，人们对钙钛矿材料的研究从未停止，元素周期表几乎所有的元素都可以占据晶格结构的位置组成钙钛矿。钙钛矿大家族里现已包括数百种物质，范围极为广泛，其中很多是人工合成的。 这类材料具有独特的魅力，其多变的晶体结构可以引申出众多的材料属性：可以是绝缘体、半导体、导体、超导体，可以具有铁电性、铁磁性，铁弹性、催化性、质子传导性、离子传导性、光电性。

近年来，随着对其不断研究认识，钙钛矿材料越来越受到科学家的重视。目前广为人知的应用是利用很多半导体类钙钛矿材料良好吸光性，在太阳能电池上的应用，甚至在2016年就有报道称： 钙钛矿将来要全面取代硅晶体材料! 2016年12月的《自然》新闻上，因为看好其在太阳能电池市场的前景，甚至将钙钛矿称为*为值得期待的奇迹材料。

目前被广泛研究的钙钛矿大概可以分为二大类：氧化物钙钛矿和金属卤素钙钛矿。
 

早期的有关钙钛矿的研究和应用主要集中在氧化物钙钛矿，比如燃料电池，光催化还原，光致变色等；而金属卤素钙钛矿则具有更加优异的光电性能，比如：带隙易调节，宽光谱吸收，光吸收系数大，载流子寿命长，荧光效率高等，另外制备途径多样，成本更低廉也是促进其快速发展的重要因素！
 

自2009年将MAPbBr3 以及MAPbBr3 应用于太阳能电池获得良好的光电转换效率，十年时间里，其效率已经突破22%，逼近理论极限值。 基于在太阳能电池领域积累的经验和材料自身的特点，科学家们又将目光投向了钙钛矿光电探测器，发光二极管的研究，并获得巨大进展！ 红光，蓝光，以及绿光器件的效率逐年提升，可见，红外，甚至是X射线探测器屡见报道。

据预测，到2030年，光伏发电将占全 球新发电容量的近三分之一，而照明占全 球用电量的五分之一，钙钛矿材料作为新型的光电材料，无论是在显示照明，太阳能光伏发电，以及光电探测都是目前炙手可热的研究方向。

北京卓立汉光仪器有限公司作为国内知名的光电仪器生产厂家，20多年来一直专注于光电类仪器的研发和生产。 其中我们的荧光、拉曼、光电探测器光谱响应，太阳能电池检测等测试系统为国内众多的钙钛矿太阳能电池，发光二极管，光电探测器等研究方向提供技术和仪器支持。

钙钛矿太阳能电池测试系统
 

卓立汉光提供全套钙钛矿电池测试系统
 

● IV系统

功能：测量太阳能电池短路电流、短路电流密度、开路电压、*大功率、*大功率电流、*大功率电压、填充因子、光电转换效率、正反向调速扫描与暗电流扣除功能。

特点：AAA级太阳光模拟器，长时间稳定性好（不稳定度＜0.8%）可用于长时间稳定性测试，模拟器光出口四个方向可调满足客户样品在手套箱里面的测试需求，出光口遥控光阑片方便遮光更换样品。

组成：太阳光模拟器、标准单晶硅太阳电池（中国计量研究院标定）、吉时利2400源表、样品探针台、IV软件。

● QE系统

功能：光谱响应度、外量子效率、内量子效率、反射率、透射率、积分短路电流密度、光束诱导电流。
 

特点：测量结果重复性高测量结果准确可重复，自动化测试流程高简化测试员工作、测试出错率低，系统*小光斑直径小于1mm满足小面积电池的测试需求，高稳定性高强度光源不同重复标定标准探测器，节省测试时间，高强度光源充分激发电池效率，测试结果更准确，全反射光路无色差测试结果无偏差。

 
● 卓立汉光为钙钛矿电池测试提供特殊定制样品台

钙钛矿太阳能电池除两端电极外，功能层分为空穴传输层（NiOx）、钙钛矿层（CH3NH3PbI3）以及电子传输层（ZnO）。太阳光从ITO玻璃面入射，电极在入射光背面，称为背电极结构。阴极为Al、阳极为ITO。

卓立汉光针对这种背电极结构的钙钛矿太阳能电池提供定制样品探针台，QE-F6-D。由于不同客户制作的电池尺寸和电极位置不同，因此卓立汉光针对每个客户的电池尺寸及电极位置量身定做样品台，达到电极接触良好、不遮光、不易损坏ITO膜及同一样品上不同电池块输出的快速切换。

QE-F6-D使用简单，只需三步就可以完成样品安装：

1.解锁打开上盖；
2.ITO面朝上放入样品台；
3.扣上盖锁好，旋转旋钮选择不同电池片的电流输出；

钙钛矿电池结构

QE-F6-D 样品探针台

钙钛矿材料PL发光特性研究

卓立汉光自主研发的OminiFluo-900 系列荧光光谱系统可以方便地完成钙钛矿材料的PL 发光特性研究，不但可以给出完善的全光谱稳态荧光光谱，同样可以实现从ns-us-ms-s 范围的荧光寿命测量。
 

OmniFluo900系列以模块化设计为原则，以我公司 15 年丰富的光谱系统设计、制造及品控经验为基础，搭配时间分辨率达到皮秒量级多通道扫描单光子计数器，可方便地实现荧光（PL）光谱、激光诱导荧光（LIF）光谱、电致发光（EL）光谱及荧光量子产率（QY）等多种稳态、瞬态测试功能。
 

主要特点：

● 模块化结构设计，后续升级简单方便；
● 超宽光谱范围： 200-2500nm；
● 超高灵敏度：水拉曼信噪比>10000:1；
● 超高光谱分辨率及准确性： <0.08nm光谱分辨，+/-0.2nm准确度，+/-0.1nm 重复精度；
● 发射光谱校正功能；
● 众多升级选项，功能齐备；

上图：OminiFluo-990系统利用得到的钙钛矿Cs4PbBr6 在不同温度下的 稳态发光以及寿命随温度变化测试数据！ （稳态激发：75W氙灯@360nm；发射：450-650nm；瞬态激发：375nm ps Laser发射：520nm）

文献案例：

比如近期的在以钒氧化物为掺杂剂的高性能、稳定的钙钛矿太阳能电池研究中（发表于J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 13256–13264，DOI: 10.1039/c9ta03351c，华侨大学，福建绿色功能材料工程研究中心&教育部环保功能材料工程研究中心的文章），不同掺杂剂下基于spiro-OMeTAD的钙钛矿太阳能电池的稳态光致发光PL光谱的峰值大约在762nm，通过测试时间分辨光谱比较了空穴的复合萃取能力。使用双指数拟合对数据处理中，短寿命组分和长寿命组分分别与非辐射复合以及整体性能相关，原始的钙钛矿薄膜的PL 双组分寿命分别为τ1=22.0 ns ，τ2 = 219.0ns, 而基于spiro-OMeTAD+V2O5 钙钛矿显示了更短的寿命组分： τ1=8.6 ns ，τ2 = 41.0ns， 基于spiro-OMeTAD+O2 钙钛矿则为： τ1=19.6 ns ，τ2 = 70.5ns，由此得出结论：基于基于spiro-OMeTAD的V2O5 掺杂剂的钙钛矿展示了更快的更有效的空穴复合萃取能力。文章中的数据见下图

文章中的时间分辨PL光谱寿命测试系统TRPL来自于卓立汉光的OmniFluo 系统。

对于更快的发光过程，卓立汉光可提供条纹相机光谱测试系统可以快速完成ps 量级的荧光寿命测试，从而了解更多带隙间结构信息！ 条纹相机的测试方法有望成为超快荧光测试的新宠！