0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

一种通用钙钛矿多晶薄膜剥离技术

ExMh_zhishexues 来源:知社学术圈 作者:知社学术圈 2021-01-14 16:53 次阅读

铅卤钙钛矿光伏器件由于其迅速提升的光电转换效率而吸引了光伏能源领域广泛的关注,器件中钙钛矿界面的系统研究与调控是实现性能提升的关键。虽然有研究间接显示钙钛矿器件中非暴露的底部界面(简称:“埋底”界面)是深能级缺陷态的富集区域,但由于其非暴露的特性,该“埋底”界面一直缺乏深入系统的清晰认知。通过直观的方式“看到”底界面缺陷分布并进一步阐明“底部微结构-化学性质-光电功能”的科学关系依旧是一个巨大的挑战。

近日,北京大学物理学院现代光学研究所朱瑞研究员、龚旗煌院士课题组与英国萨里大学先进技术研究院张伟教授课题组再度联合,首次建立了直接研究多晶钙钛矿薄膜“埋底”界面的系统研究方法,创新发展了多晶薄膜剥离技术与原位共聚焦荧光成像技术,揭示了钙钛矿底面的非辐射复合区域分布及来源;基于对钙钛矿底面的认知,进一步阐明了异质卤化铵上表面处理工艺实现钙钛矿薄膜底部界面优化改善的机理。该研究成果以“Buried interfaces in halide perovskite photovoltaics”为题在国际著名学术期刊Advanced Materials上发表,北京大学博士研究生杨晓宇、罗德映博士与萨里大学向昱任博士为本文共同第一作者。北京大学朱瑞研究员、龚旗煌院士与萨里大学张伟教授为本文共同通讯作者。

该研究发展了一种通用钙钛矿多晶薄膜剥离技术,将已制备好的钙钛矿准光伏器件浸泡在反溶剂氯苯当中,溶剂氯苯会将底部聚合物传输层溶解且不影响钙钛矿多晶薄膜,同时,顶部金属电极作为模板可以保证整个薄膜完整,最终将整个钙钛矿薄膜剥离下来从而暴露出其底面。

be53a05c-51b2-11eb-8b86-12bb97331649.png

图1. 钙钛矿多晶薄膜剥离技术。A:一价有机/无机阳离子,B:Pb2+,X:卤素阴离子。

通过剥离技术得到了完整暴露出的钙钛矿多晶薄膜底面样品,进一步的形貌表征发现相对于顶部其底部具有更大的晶粒大小,同时薄膜残余卤化铅晶体在底部呈片状而在顶部呈小颗粒状;结合顶部与底部的化学组分及电势分布表征说明,底部呈现出相对与顶部更严重的薄膜横向异质性,同时也反映了钙钛矿多晶薄膜在溶液生长过程中出现的纵向异质性。

bed1cdd8-51b2-11eb-8b86-12bb97331649.png

图2. 钙钛矿多晶薄膜顶面与底面的形貌、组分与电势分布。

进一步对钙钛矿顶部与底部采用荧光成像测试发现,底部荧光相较于顶部整体更弱,且存在大量非辐射复合区域——荧光暗区,其中大量暗区分布于卤化铅荧光区域附近,说明除钙钛矿晶粒底部严重的本征缺陷引起的非辐射复合暗区之外,大量底部卤化铅区域也会造成钙钛矿晶粒附近的非辐射复合加重。原位观察中还发现卤化铅信号与荧光暗区在钝化过程中的消失存在时间差异。

bf3ead9a-51b2-11eb-8b86-12bb97331649.png

图3. 钙钛矿多晶薄膜顶面与底面的荧光成像。红色:700-790 nm范围荧光;蓝色:500-570 nm范围荧光。

bfeb8326-51b2-11eb-8b86-12bb97331649.png

图4. 原位底部共聚焦荧光成像制样、钙钛矿底部时间分辨原位荧光成像。

此外,众所周知,异质卤化铵上表面处理方法是近年来实现高质量钙钛矿薄膜以及高效率钙钛矿光伏器件的最有效手段,但其机理往往被认为是对钙钛矿薄膜顶部附近区域的缺陷钝化。研究者基于对底面性质的深入认知与表征,发现异质卤化铵的上表面处理也会对底部造成显著影响,改变底部形貌、组分以及晶体结构,从而改善了底部大量的非辐射复合区域,因此研究者将这一新机理定义为:分子辅助的微结构重构,从而更全面的解释了异质卤化铵表面处理的高效性的根源,也证实了多晶钙钛矿薄膜的软晶格性质,从而允许分子从顶部渗透扩散到薄膜底部,实现对整个薄膜全面的改善。

c1edc8b4-51b2-11eb-8b86-12bb97331649.png

图5. 卤化铵表面钝化后钙钛矿薄膜顶部和底部性质。

该工作对钙钛矿多晶薄膜底界面的微区形貌、化学组分、电子结构及光物理性质进行了充分分析,所发展的多晶薄膜剥离技术和原位共聚焦荧光成像技术也将为为今后研究多晶薄膜底面特性提供了通用平台;研究发现了薄膜底部相较于顶部更加严重的薄膜异质性,并进一步揭示了薄膜底部大量非辐射复合区域的主要来源,最终阐明了卤化铵上表面钝化策略的真实机理,颠覆了传统认知并为今后器件优化方法的发展以及相关分子的设计提供了指导。

在研究工作开展过程中,英国剑桥大学Samuel D. Stranks教授、美国劳伦斯伯克利Thomas P. Russell教授、郑州大学邵国胜教授与沈永龙博士、西北工业大学黄维院士与涂用广副教授、南方科技大学于洪宇教授等团队都对该研究的顺利开展给予了大量的支持和帮助。

该工作也得到了国家自然科学基金委、北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室、纳光电子前沿科学中心、北京大学长三角光电科学研究院、极端光学协同创新中心、“2011计划”量子物质科学协同创新中心、英国工程和自然科学研究委员会(EPSRC)等单位的支持。

责任编辑:lq

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 光电
    +关注

    关注

    8

    文章

    663

    浏览量

    81205
  • 电极
    +关注

    关注

    5

    文章

    733

    浏览量

    26837
  • 光伏
    +关注

    关注

    24

    文章

    2290

    浏览量

    67212

原文标题:Adv. Mater.: 揭开钙钛矿光伏器件中“被埋藏的秘密”

文章出处:【微信号:zhishexueshuquan,微信公众号:知社学术圈】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    二维材料异质外延GaN及其应用探索

    传统的GaN异质外延主要在蓝宝石衬底、Si衬底或者SiC衬底,在剥离的过程中,如蓝宝石就特别困难,会产生较大的材料损耗和额外成本,且剥离技术也有待进一步提高。
    发表于 03-28 12:19 53次阅读
    二维材料异质外延GaN及其应用探索

    怎么区分电阻是薄膜还是厚膜

    :电阻器件的数据手册中通常会说明其制造工艺和材料类型,通过查阅相关数据手册可以进步确认电阻是薄膜还是厚膜。 需要注意的是,有些电阻可能是混合型的,既有薄膜又有厚膜的特性,因此在判断电阻类型时需综合考虑多个因素。如果无法确定电阻
    发表于 03-07 07:49

    什么是薄膜与厚膜?薄膜与厚膜有什么区别?

    在半导体制造领域,我们经常听到“薄膜制备技术”,“薄膜区”,“薄膜工艺”等词汇,那么有厚膜吗?答案是:有。
    的头像 发表于 02-25 09:47 286次阅读
    什么是<b class='flag-5'>薄膜</b>与厚膜?<b class='flag-5'>薄膜</b>与厚膜有什么区别?

    AEB是一种汽车主动安全技术,主要由哪3大模块构成?

    AEB是一种汽车主动安全技术,主要由哪3大模块构成
    发表于 02-20 06:06

    单晶光伏板和多晶光伏板的区别

    单晶光伏板和多晶光伏板的区别  单晶光伏板和多晶光伏板是目前最常用的两种太阳能光伏电池板。它们在材料、生产工艺、性能和成本等方面存在一些明显的区别。本文将详细介绍单晶光伏板和多晶光伏板的区别。 首先
    的头像 发表于 02-03 09:19 734次阅读

    多晶硅的用途包括哪些

    多晶硅是一种重要的半导体材料,在许多领域都有广泛的应用。以下是多晶硅的一些主要用途。 太阳能电池板制造:多晶硅是太阳能电池板制造的关键材料之一。它可以通过将硅矿石熔化、形成硅棒并切割成
    的头像 发表于 01-23 16:01 765次阅读

    芯片晶圆里TaN薄膜是什么?TaN薄膜的性质、制备方法

    芯片晶圆里TaN薄膜是什么?TaN薄膜的性质、制备方法 TaN薄膜一种在芯片晶圆制备过程中常用的材料。它具有高熔点、高硬度和良好的热稳定性,因此在芯片
    的头像 发表于 12-19 11:48 404次阅读

    一文详解金属薄膜沉积工艺及金属化

    金属栅极的沉积方法主要由HKMG的整合工艺决定。为了获得稳定均匀的有效功函数,两种工艺都对薄膜厚度的均匀性要求较高。另外,先栅极的工艺对金属薄膜没有台阶覆盖性的要求,但是后栅极工艺因为需要重新填充原来多晶硅栅极的地方,因此对
    的头像 发表于 12-11 09:25 707次阅读
    一文详解金属<b class='flag-5'>薄膜</b>沉积工艺及金属化

    常见的ARM架构分为两一种是M系列另外一种是A系列,这两有什么区别啊?

    现在市面上常见的ARM架构分为两一种是M系列另外一种是A系列,这两有什么区别啊,用的时候他们般分别用在什么地方啊。
    发表于 10-26 07:00

    柔性显示器涂层薄膜剥离测试:利用电子式拉力测试机进行操作,步骤详解!

    基材之间的粘附力。在这篇文章中,科准测控小编将介绍一种重要的测试方法,即90度剥离测试,以及分析柔性显示器薄膜和基材之间粘附力的方法。 90度剥离测试是
    的头像 发表于 10-10 10:24 155次阅读
    柔性显示器涂层<b class='flag-5'>薄膜</b><b class='flag-5'>剥离</b>测试:利用电子式拉力测试机进行操作,步骤详解!

    薄膜电容155k和155J通用吗?薄膜电容155k和155J有什么不同?

    ,不知道它们是否通用,以及它们有什么不同。本文将为读者详细讲解155k和155J的区别。 一、薄膜电容的基本知识 为了理解155k和155J的区别,首先需要了解薄膜电容的基本知识。薄膜
    的头像 发表于 09-22 16:30 564次阅读

    WDM波分复用技术:TFF(薄膜滤波) &amp; AWG(阵列波导光栅)介绍

    WDM (Wavelength Division Multiplexing)技术是通过在光纤中传输多个不同波长的光信号来扩大光纤传输带宽并提高网络传输能力的一种技术,而TFF(薄膜滤波
    发表于 06-14 14:08

    一种简单的报错设计,分享

    一种简单的报错设计,可在次基础上增加。 冲突 阻挡 重复 不在工位 不在岗 计时不准 范围外 强停 其它
    发表于 05-20 20:07

    电子剥离试验机都有什么类型?剥离试验机的意义是什么?

    电子剥离试验机适用于胶黏剂、胶粘带、不干胶、复合膜、人造革、编织袋、薄膜、纸张、电子载带等相关产品的剥离、剪切、拉断等性能测试。电子剥离试验机有立式和卧式两种结构,显示方面又可分为LC
    的头像 发表于 04-19 10:25 425次阅读
    电子<b class='flag-5'>剥离</b>试验机都有什么类型?<b class='flag-5'>剥离</b>试验机的意义是什么?