本文考虑使用X射线光谱和同步辐射来表征卤化物钙钛矿的结构。
图片来源：Niethammer Zoltan/Shutterstock.com
钙钛矿被誉为光伏器件的“神奇材料”。这在一定程度上是由于钙钛矿型器件在不到五年的研究中成功地实现了20%以上的太阳能转换效率，这是其他材料所没有的。
钙钛矿是指这类材料的特殊晶体结构。它们的原子组成可能会有所不同，既有有机变体，也有无机变体。欧洲杯足球竞彩
钙钛矿的光电性质可以通过掺杂和改变结构的形态来实现。
钙钛矿材料的性能对化学成分和形态的敏感性意味着材料的任何表征都需要具有高化学敏感性和空间分辨率的技欧洲杯足球竞彩术。
X射线光谱仪
X射线光谱仪通常是材料表征的首选工具。这包括X射线粉末衍射等技术，其中晶体样品用X射线照射，可移动探测器记录不同欧洲杯足球竞彩位置的衍射辐射强度。
强度图样可以用来重建有关材料原子排列的信息。
然而，记录卤化物钙钛矿的x射线光谱具有挑战性，因为光束强度会导致样品损伤。在x射线显微镜等技术中，实现高空间分辨率需要使用紧密聚焦的光束，这反过来会在样品上施加高热负载。
卤化物钙钛矿薄膜的软性质也使得其他电子显微镜技术的问题，如透射电子显微镜(TEM)的结构和组成的表征，有问题，因为聚焦的离子束倾向于在测量前引起样品的变化。
X射线光电子能谱仪。图片来源：Tomas Salkus/Shutterstock.com
然而，使用x射线光谱，特别是高灵敏度的探测器，可以在足够低的辐照条件下工作，这样钙钛矿就可以在操作设备中以相同的状态被测量。
虽然需要小心避免损伤条件，并确保测量过程不影响结果，但有一些方法与卤化物钙钛矿薄膜的测量兼容。
同步辐射
同步加速器是一种先进的光源，能够产生高空间相干性、高亮度和宽能量可调的X射线辐射。这使它们成为一种理想的光子源，用于进行各种测量以表征卤化物钙钛矿。
高亮度意味着即使微弱的衍射信号也可以被检测到，并且可以获得更好质量的散射图案。
根据同步加速器设施的能力，单个光源可以用来产生从紫外线到硬x射线的光子能量。
元素表征的一种方法是使用高能辐射电离样品中的核心电子。
这些电子是最紧密结合的电子，离原子核最近，即使在复杂的分子物种中，核心电子的能量也是它们被移除的元素的特征，可以用于材料的元素分析。
轻元素的核心电子比重元素的更紧密。这意味着大多数有机元素，如碳、氮和氧，都可以在能量小于1keV的情况下被核心电离——或者说是软X射线。
铅和金属等元素需要更高能量的电子。很少有其他光源能在如此大的能量范围内产生光子，这对于卤化物钙钛矿分析特别有用，因为它们可以包含有机和无机元素的混合物。
结构看
对于卤化物钙钛矿，同步辐射源已被用来揭示这类材料的结构和功能的丰富信息。欧洲杯足球竞彩这包括研究晶体结构的有序程度如何影响器件性能，以及尚不清楚的晶粒边界所起的作用。
掺杂的结构在晶格内也会有一定程度的离子迁移，因此可以用同步辐射进行x射线实验来确定掺杂的程度，掺杂剂在结构中的位置，以及它如何通过结构迁移。
卤化物钙钛矿的X射线测量已经从孤立的薄膜转移到全器件的真实操作数测量。这包括观察设备在热、电或压力负载下的结构变化，以及捕捉长时间运行后发生的退化过程。
在充分利用可用于卤化物钙钛矿表征的多模式X射线技术套件方面，当前最大的挑战之一是应对日益庞大的数据集的挑战，并找到在实验过程中在线执行该分析的自动化方法。
鉴于此类材料的降解问题，在辐射强度较低的条件下缩短测量时间也将对未来的测量非常有益。
参考文献和进一步阅读
安萨里，M.I.H.，库拉希，A.，和纳泽鲁丁，M.K.（2018）。钙钛矿型太阳能电池的前沿、机遇和挑战：评论。光化学和光生物学杂志C：光化学评论，35,1-24。https://doi.org/10.1016/j.jphotochemrev.2017.11.002
秋T。胡,Y。,徐,F。,,Z,巴姨,F。,G。,和张,美国(2018年)。一维卤化物钙钛矿光电应用研究进展。纳米级,10(45),20963 - 20989。https://doi.org/10.1039/c8nr05862h
斯图克伯格，M.E.，尼采，T.，韦斯特，B.M.，罗，Y.，李，X.，沃纳，J.，尼森，B.，巴利夫，C.，罗斯，V.，芬宁，D.P.，和贝托尼，M.I.（2020年）。X射线对钙钛矿型太阳能电池的影响。物理化学杂志C，124（33），17949-17956。https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.0c04645
周勇，周宏，邓，J，查，W，蔡，Z.（2020）。同步加速器对卤化物钙钛矿结构和功能的决定性表征。物质，2（2），360-377。https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.12.027
免责声明:本文仅代表作者以个人身份发表的观点，并不代表本网站所有者和运营商阿泽网络有限公司的观点。本免责声明构成条款和条件本网站之使用。