【客户案例精选】基于可回收溶解–重结晶法制备高稳定、高载流子通道的全无机钙钛矿薄膜

引言

       据报道，一种新型半导体纳米材料，即全无机卤化物钙钛矿纳米晶体（IPNC，CsPbX3，X = Cl，Br，I），具有高稳定性，超高光致发光量子产率（PL QY），可以实现在整个可见光波段发光。围绕钙钛矿材料的研究非常火热，但是研究大多集中在材料的制备以及其光学性能上。众所周知，随着材料尺寸减小，纳米材料具有更大的比表面积，而比表面积Z终在纳米材料的物理化学特性（包括发光特性，载流子运输和催化特性等）中起着主导作用。表面活性剂是一种在IPNC合成过程中必不可少的添加剂，它有助于提高分散稳定性并控制生长动力，有利于器件制备；但同时也会影响成膜过程并阻碍颗粒之间的载流子传输，其影响在一定程度上甚至决定了IPNC的物理化学特性。

研究成果

       南京理工大学曾海波教授课题组报道了一种有趣的全无机钙钛矿表面化学现象，即可循环的溶解－重结晶，通过室温（RT）下的自我修复，为光电设备构建紧凑而平滑的载流子通道。

       首先，根据溶解度平衡原理，通过用极性溶剂洗涤或在室温下借助表面活性剂搅拌，将CsPbBr3晶体尺寸可逆地调整在10 nm–1 µm的范围内。然后在薄膜内形成液体环境，这种液体环境可以将表面和尖锐部分的物质输送到缝隙中并在RT下自我修复，从而来提高薄膜质量。该方法可产生大面积，无裂纹，低粗糙度的钙钛矿薄膜。测试显示相应PD的性能得到大幅提升，从而证明了该方法促进了器件通道中载流子的运输和提取。

       经过处理的钙钛矿薄膜的光电探测器（PD）表现出更高的响应度，更快的响应速度（上升和衰减时间分别为1ms、1.8 ms），同时稳定性也更好。

       在10V的偏压下，基于经过处理的CsPbBr3薄膜的PD的响应度从0.024A/W提高到0.176A /W，增加了七倍以上。同时在不同偏压下测试了EQE，验证光生载流子利用效率。随着施加偏压的增加，在531 nm处的Z大EQE值也随之增加，在10 V时达到41％；该值比未处理器件的EQE值高得多。这种大约七倍的增加与响应性结果一致，表明光生载流子的损失减少。

     （基于未经处理和经过处理的CsPbBr3薄膜的PD在不同偏压下的EQE光谱）该论文采用卓立汉光DSR探测器光谱响应度测试系统测试了PD的EQE光谱。

结论

       本文中，曾海波教授课题组报道了一种室温可回收的、微观自愈行为的卤化物钙钛矿材料，由于表面活性剂和极性溶剂的影响，材料可形成循环的溶解－重结晶过程，这种制备方法应用到不同类型的钙钛矿制备工艺里。该方法在甲苯与乙醇的混合溶液室温环境下进行，紧凑光滑载体可以形成器件通道，从而提GX率光生载流子的传输和提取速度。因此，经过处理的钙钛矿材料展现出优良的性能，如高响应度、EQE、响应速度和稳定性等。通过本文的研究，可以为科学工作者提供简单易行的方案制备各种无机卤化物钙钛矿装置，尤其是为氟化硅器件提供理论和实验依据。

文章信息

       这一成果近期发表在Advanced Functional Materials上，该文章是由南京理工大学曾海波课题组完成。论文查看二维码：

       本研究采用的是北京卓立汉光仪器有限公司研究级DSR100系列探测器光谱响应度标定系统，如需了解该产品，请咨询我司。

硫属薄膜太阳能电池因其低成本、带隙可调和高输出性能而进入了一个蓬勃发展的时期，元素含量丰富的锌黄锡矿Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)是将CIGS中稀有贵金属In和Ga用元素Zn和Sn替换，不仅与CIGS有着相似的结构和光电学性能，也具备独特优点，如储量丰富、价格低廉、无毒害等。

由于锌黄锡矿Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)材料的相区较窄，通常使用贫铜组分的吸收层结构设计来避免杂相产生。虽然贫铜结构的锌黄锡矿Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)器件实现了较高的记录效率，但由于该结构准中性区电荷传输能力较差且背界面电荷复合严重，导致性能进一步提升的空间有限。相对而言，富铜结构的吸收层具有良好的电荷传输性能，可以弥补贫铜吸收层的不足。然而，其表面费米能级钉扎及电荷复合较大，引起的器件性能衰减更加严重。

河南大学武四新教授课题组基于贫铜组分在前界面以及富铜组分在背界面的优势，设计了一种三层（大晶粒/小晶粒/大晶粒）的铜梯度吸收层结构，底部铜含量较高而表面铜含量较低。较高的铜浓度可以增加载流子浓度，通过构筑载流子浓度梯度改善电荷传输驱动力。同时，高铜组分可以使吸收层价带上移，降低空穴的注入势垒，从而降低背界面复合。顶部的贫铜结构减缓了表面的费米能级钉扎并有利于界面能带弯曲的保持。ZZ，铜梯度吸收层优良的电学性能使器件效率达到12.54%，对于后续铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的界面性能改善及吸收层结构优化具有重要的意义。

硫属薄膜太阳能电池因其低成本、带隙可调和高输出性能而进入了一个蓬勃发展的时期，元素含量丰富的锌黄锡矿Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)是将CIGS中稀有贵金属In和Ga用元素Zn和Sn替换，不仅与CIGS有着相似的结构和光电学性能，也具备独特优点，如储量丰富、价格低廉、无毒害等。

由于锌黄锡矿Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)材料的相区较窄，通常使用贫铜组分的吸收层结构设计来避免杂相产生。虽然贫铜结构的锌黄锡矿Cu2ZnSn(S,Se)4(CZTSSe)器件实现了较高的记录效率，但由于该结构准中性区电荷传输能力较差且背界面电荷复合严重，导致性能进一步提升的空间有限。相对而言，富铜结构的吸收层具有良好的电荷传输性能，可以弥补贫铜吸收层的不足。然而，其表面费米能级钉扎及电荷复合较大，引起的器件性能衰减更加严重。

河南大学武四新教授课题组基于贫铜组分在前界面以及富铜组分在背界面的优势，设计了一种三层（大晶粒/小晶粒/大晶粒）的铜梯度吸收层结构，底部铜含量较高而表面铜含量较低。较高的铜浓度可以增加载流子浓度，通过构筑载流子浓度梯度改善电荷传输驱动力。同时，高铜组分可以使吸收层价带上移，降低空穴的注入势垒，从而降低背界面复合。顶部的贫铜结构减缓了表面的费米能级钉扎并有利于界面能带弯曲的保持。ZZ，铜梯度吸收层优良的电学性能使器件效率达到12.54%，对于后续铜锌锡硫硒薄膜太阳能电池的界面性能改善及吸收层结构优化具有重要的意义。

图1 CZTSSe前驱体薄膜沉积过程示意图和电荷转移过程

图2 不同Cu浓度CZTSSe电池PV性能参数统计图、J-V曲线、EQE曲线、扫描电镜图和载流子浓度比值

图3 不同Cu浓度CZTSSe电池EBIC图像、归一化强度曲线和TEM成像和EDS mappings

图4 吸收层前表面和背表面的UPS光谱、能带排列和EIS奈奎斯特图

文章信息

这一成果以“Local Cu Component Engineering to Achieve Continuous Carrier Transport for Enhanced Kesterite Solar Cells”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。河南大学赵越超和赵祥云为论文共同作者，武四新教授和寇东星副教授为论文的通讯作者。

文章链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c21008。

本研究采用的是北京卓立汉光仪器有限公司 “SCS100” 系列光电化学电池量子效率测试系统，如需了解该产品，欢迎咨询我司。

河南大学武四新教授课题组简介

河南大学武四新教授课题组名称：光电功能材料以及太阳能薄膜电池。

课题组主要从事光电功能的设计、制备及光伏性能的研究，希望能改善薄膜太阳能电池的转换效率。课题组期望通过对铜基薄膜太阳能电池各部分组件先进工艺和关键技术的探索和突破(薄膜微结构设计、缺陷态调控、表/界面钝化、能带结构优化以及微观动力学研究等方面)，ZZ开发出具有高结晶质量吸收层体相材料和优良电学性能接触界面的GXCZTSSe以及CIGS光伏器件并丰富其应用领域。

截止目前，本课题组已承担了各类项目10余项，其中，包括，国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才支持计划、教育部科学技术ZD项目、人事部归国留学人员 择优支持计划项目、河南省科技厅基础与前沿ZD项目、河南省高校知识创新工程支持计划等，在国内外著名学术期刊Energy Environ. Sci.，Adv. Funct. Mater.，Chem. Mater.以及J. Mater. Chem. A等发表学术论文50余篇。

免责说明

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尽管高熵材料 high-entropy materials是一系列功能材料的极 佳候选者，但其形成通常需要超过1,000°C高温合成程序，以及复杂加工技术，如热轧。解决高熵材料极端合成要求的途径之一，应该包括设计具有离子键网络和低内聚能的晶体结构。

因为金属卤化物钙钛矿的软离子晶格性质，这些高熵半导体HES单晶设计在立方Cs2MCl6（M=Zr4+, Sn4+, Te4+, Hf4+, Re4+, Os4+, Ir4+ 或 Pt4+）空位有序的双钙钛矿结构上，该双钙钛矿结构来自稳定络合物在多元素墨水中的自组装，即在强盐酸中充分混合的游离Cs+ 阳离子和五或六个不同[MCl6]2–阴离子八面体分子。

所得到的单相单晶跨越五和六个元素的两个高熵半导体HES族，以接近等摩尔比例作为无规合金near-equimolar ratios占据M位，并保持整体Cs2MCl6晶体结构和化学计量。在高熵5-和6-元素Cs2MCl6单晶中，各种[MCl6]2-八面体分子轨道的无序结合产生了复杂的振动和电子结构，在5或6个不同孤立八面体分子的受限激子态之间，具有能量转移相互作用。

High-entropy halide perovskite single crystals stabilized by mild chemistry. 

图1:高熵五和六元Cs2MX6单晶的合成设计。

图2:五和六元高熵钙钛矿单晶的相鉴定。

图3:高熵钙钛矿单晶的元素分析，以确认在M位点上结合了五或六种元素。

图4:在高熵钙钛矿单晶中，M位金属中心绝 对构型的高分辨结构测定。

图5:确认五或六个不同[MCl6]2-八面体复合物的无序性质贯穿单相高熵钙钛矿系统，没有微结构晶粒形成。

图6:高熵钙钛矿单晶的光电行为。

文献链接

本文译自Nature。

HS-STA-002同步热分析仪将热重分析 TG 与差示扫描量热 DSC 结合为一体，在同一次测量中利用同一样品可同步得到热重与差热信息。

高内相乳液模板法制备聚合物基多孔碳及其电化学性能的研究【福州大学 张静】

主要特点

●一种 195 W 型号、两种 375 W 型号可供选择.

●195 W 型号有两条 30V, 3A通道和一条 5V, 3A通道

●375 W 型号有两条 30V, 6A 通道或两条 60V, 3A 通道和5V,3A通道

●所有通道都独立控制并隔开，为各种测试设置供电

●所有通道都有远程传感功能，可以为负载准确提供编程电压

●设置和监测输出电压，0.03% 基本准确度和 1 mV 分辨率

●监测负载电流，0.1% 基本准确度和 1 mA 分辨率

●低噪声线性稳压，<1 mV rms 纹波和噪声

●多条通道串联，输出最高 60 V 电压；两条或三条通道并联，输出最高 15 A 电流 (2230G-30-6)

●同时显示三条通道的电压和电流输出，立即观测每种输出状态

●USB、GPIB 和 RS-232 接口和后面板连接，方便地进行自动测试

应用

Series 2230G 电源特别适合测试：

● 高功率模拟 ICs

● 汽车电路

● 电信设施电路

● LED 驱动器电路

隔离独立输出，提供最大的灵活性

Series 2230G 高功率电源的每条输出通道都与其他通道独立，电气上与其他通道隔开。因此，这些电源可以为光隔离或变压器相互隔开、拥有不同基准点的电路供电。隔离通道不需要第二台电源，就可以为其中一条隔离电路供电。

2230G-30-3 和 2230G-30-6 的两个30V输出串联起来，可以输出最高60V的电压，支持3A或6A负载电流容量。在需要更高的负载电流时，可以把每个电源中的两条通道或全部三条通道并联起来。2230G-30-6 可以从两条30 V 通道中提供 12 A 电流。如果测试电路最大只要求5V电压，那么可以把全部三条通道并联起来，提供最高15A的电流。

Series 2230G 电源拥有显示和控制功能，简化了通道串联和并联。显示屏会指明选择的是串联模式还是并联模式，显示总串联电压或并联电流输出。电源还管理着通道，确保每个通道输出的值相等。如果想为双极模拟电路供电，可以把Series 2230G 电源的通道 1 和通道 2、30 V 和 60 V 通道连接起来，为正电路和负电路供电。电源拥有跟踪模式，可以使用一个控制操作，同时改变两台电源的输出。在电压变化时，跟踪的两条通道的幅度可以一起变化，也可以按用户规定的比率变化。因此，可以简便地在指定电压工作范围内测试双极电路、模块或器件

串联30V通道，把电压输出扩展到60V。并联通道，扩大电流输出容量。例如，把2230G-30-6的全部三条通道并联起来，输出最高15A的电流。

节约空间，最大限度地缩短自动测试系统中的测试线长度

尽管 Series 2230G 电源能够输出 195 W 和 375 W，且是线性低噪声电源，但它们仅 2 U 高、半机架宽。紧凑的外形节省了宝贵的机架空间，有助于最大限度地减少测试系统尺寸。此外，Series 2230G电源同时带有前面和后面输出连接，因此电源的测试线达到了最短。如果使用后面板输出连接，那么可以防止测试线意外接触，改善了测试系统的可靠性。

想了解更多信息可以访问安泰测试网www.agitek.com.cn.