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    太陽能在能源生產(chǎn)轉(zhuǎn)型中扮演著重要角色,，為了使太陽能更具有競(jìng)爭(zhēng)力，降低制造成本至關(guān)重要,。鈣鈦礦材料作為現(xiàn)有硅和混合半導(dǎo)體材料的補(bǔ)充而出現(xiàn),，鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)組成為ABX3,，在二十世紀(jì)20年代由 Goldsmith首次提出,，理想的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)具有立方對(duì)稱性,，具有優(yōu)良的光電特性，如高吸收系數(shù),、可調(diào)帶隙和長(zhǎng)電荷載流子壽命等,。盡管具有如此優(yōu)良的光電特性，但仍需要更深入地了解鈣鈦礦材料的降解機(jī)制,，以便使PSCs適用于戶外應(yīng)用和商業(yè)化,。

掃描電鏡應(yīng)用廣泛

成像和顯微表征技術(shù)使研究人員能夠獲得納米和微米尺度與其化學(xué)和電子特性相關(guān)的特征， 這反過來體現(xiàn)了PSC的性能,。通過顯微表征技術(shù)也有助于解釋鈣鈦礦材料的性質(zhì)，包括化學(xué)和電學(xué)性質(zhì)以及它們與太陽能電池性能的關(guān)系,。

電子顯微鏡是PSC表征中最廣泛使用的表征技術(shù)之一,。主要用于材料的形態(tài)表征，并且在了解 PSC的高光電轉(zhuǎn)化效率方面發(fā)揮著重要作用,。電鏡技術(shù)最常見的用途是分析和改善器件架構(gòu),，例如，測(cè)量 層的厚度和表面覆蓋率,。其中,，掃描電鏡(SEM)是一種用途廣泛的強(qiáng)大工具，可以獲得薄膜的表面圖像,，在PSC的性能提升中發(fā)揮了重要作用,。可以測(cè)量的主要參數(shù)有如下幾種：表面覆蓋率,、介孔層填充,、 晶體尺寸和層厚度測(cè)量，這些都對(duì)太陽能電池的性能至關(guān)重要,。

二次電子和背散射電子信號(hào)

為了對(duì)薄膜表面進(jìn)行成像,，包括不同層（the electron and hole selective layers ）以及鈣鈦礦薄膜層,，通常不需要表面金屬化，因?yàn)檫@些層通常沉積在導(dǎo)電襯底上,，如氟摻雜氧化錫(FTO),。但前提是SEM拍攝時(shí)所選取的電壓不能過高，否則會(huì)掩蓋薄膜表面的細(xì)節(jié),，這對(duì)電鏡的光路系統(tǒng)有著非常嚴(yán)格的要求,。

賽默飛超高分辨場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡Apreo 2兼具低電壓高質(zhì)量成像和多功能分析性能于一體，采用雙引擎技術(shù),，超低電壓下可直接分析鈣鈦礦薄膜,，且無需做金屬化處理。其中,，主要用到的是二次電子和背散射電子信號(hào),。

二次電子SE是由非彈性碰撞產(chǎn)生的，它激發(fā)了材料中的電子,，使它們有足夠的能量逃逸,。但是這些電子只能從幾納米的層中離開樣品。因此,，使用低電壓可以更好的獲得高分辨的二次電子圖像,；背散射電子BSE是來自電子束的電子，通過與樣品的相互作用被彈性反射,。BSE可以探測(cè)比SE更深的深度,，因?yàn)樗鼈兙哂懈叩哪芰浚⑶以陔x開樣品的過程中受散射過程的影響較小,。當(dāng)然由于這個(gè)原因,，BSE信號(hào)在高倍率下通常比 SE的空間分辨率要低。

圖1： 鈣鈦礦層的SEM圖像

掃描電鏡是了解不同溶液和沉積技術(shù)對(duì)鈣鈦礦層表面改善的重要工具,。通過分析SEM顯微照片,，可以優(yōu)化鈣鈦礦的制備方法，從而大大提高器件的性能,。如圖1所示的鈣鈦礦層的SEM圖像,，比較了常規(guī)自旋鍍膜法制備的MAPbI3層和在自旋過程中使用氯苯誘導(dǎo)快速結(jié)晶制備的MAPbI3層。結(jié)果顯示常規(guī)方法制備的鈣鈦礦層內(nèi)形成了較大的孔洞,；但是通過溶劑誘導(dǎo)法則形成了完全覆蓋的均勻?qū)印?/span>

BSE模式獲取截面結(jié)構(gòu)

除了觀察表面形貌外,，PSC的截面結(jié)構(gòu)，對(duì)于材料制備的重現(xiàn)性也很重要,。使用BSE模式來獲取器件橫截面的圖像,，如圖2所示。通過材料對(duì)比的變化,，孔隙可以清楚地識(shí)別出來,。較暗的區(qū)域不包含鈣鈦礦中的Pb,，因?yàn)殁}鈦礦的原子序數(shù)比Ti大，所以背散射電子攜帶的能量更多,。同樣,，也可以很容易地識(shí)別出空洞傳輸材料層(HTM)和Au層。

圖2：PSC的截面結(jié)構(gòu)

總之,，掃描電鏡是一種強(qiáng)大的微觀表征技術(shù),，但同時(shí)針對(duì)不同的材料和研究選擇適當(dāng)?shù)碾婄R型號(hào)也是非常重要的。比如,，鹵化鉛鈣鈦礦(LHPs)是一種軟材料,，很容易被電子束損壞，誘導(dǎo)形成偽像,，使微觀結(jié)構(gòu)表征變得困難,。因此，需要結(jié)合低電壓和低電子劑量來獲得理想的結(jié)果,。

圖3： Apreo 2場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡拍攝的鈣鈦礦截面

賽默飛超高分辨場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡Apreo 2,，正是這樣一臺(tái)具備優(yōu)異的低電壓成像性能的掃描電鏡，是分析鈣鈦礦材料顯微結(jié)構(gòu)的利器,！

賽默飛場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡Apreo 2

參考資料：

[1] Hidalgo J , Castro-Mendez AF , Correa-Baena J P .Imaging and Mapping Characterization Tools for Perovskite Solar Cells[J].Advanced Energy Materials, 2019, 9(30):1900444.