在綠色能源的發(fā)展得到各國(guó)越來(lái)越多的重視與青睞的今天,，光伏科技和太陽(yáng)能電池的產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)與技術(shù)研發(fā)成為了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界共同的焦點(diǎn)。而這其中被廣泛關(guān)注的當(dāng)屬使用具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料所合成的太陽(yáng)能電池,。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)是具有通式ABX₃結(jié)構(gòu)的類(lèi)化合物,，除了CaTiO₃外，還有BiFeO₃,、CsPbI₃也具有這結(jié)構(gòu),。基于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料所合成的電池則般被統(tǒng)稱(chēng)為有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PVSCs）,。在光伏域的研究中,，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因其能量轉(zhuǎn)化率在近幾年的飛速提高而備受關(guān)注?？梢赃_(dá)到25%的能量轉(zhuǎn)化率,。

然而，在我們期待上述的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)應(yīng)用的時(shí)候,，個(gè)無(wú)法回避的問(wèn)題出現(xiàn)在了研究者的面前：這種電池的環(huán)境敏感性非常之高,。在電池的使用過(guò)程中，其性能穩(wěn)定性和使用壽命很容易被環(huán)境濕度,，環(huán)境熱度,，環(huán)境光照所影響，且這種影響多為負(fù)面影響,。也就是說(shuō),，要想讓PVSCs能夠被大規(guī)模應(yīng)用，其環(huán)境耐性必須得到改進(jìn),。

針對(duì)上述問(wèn)題,，香港城市大學(xué)Fengzhu Li于今年（2022年）4月在Advance Energy Materials中發(fā)表了等離激元局域光熱現(xiàn)象調(diào)控鈣鈦礦太陽(yáng)能電池應(yīng)力以提升效率和穩(wěn)定性的研究工作。該課題組發(fā)現(xiàn)二氧化硅包覆的金納米管（GNR@SiO₂）可有效提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能,，尤其通過(guò)減小材料生成過(guò)程中所產(chǎn)生的殘留應(yīng)變,，在維持電池高效轉(zhuǎn)化率（23%）的前提下，大幅提高了電池的工作穩(wěn)定性,。這種GNR@SiO₂有著8.2 nm的平均直徑和40 nm的平均長(zhǎng)度,。其中的二氧化硅外殼結(jié)構(gòu)的厚度在15 nm左右,。

圖1. 作者所生成的GNR@SiO₂的 (a) TEM與EDS掃描圖樣  (b)直徑和長(zhǎng)度的分布統(tǒng)計(jì)

在通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)流程測(cè)得生成的太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到23%之后，接下來(lái)研究者的關(guān)注點(diǎn)則聚焦到了GNR@SiO₂對(duì)電池穩(wěn)定性——也就是鈣鈦礦材料層的穩(wěn)定性的提高之上,。在此研究中,，Neaspec研發(fā)的近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡起到了至關(guān)重要的作用?？蒲姓哂么嗽O(shè)備獲取了相關(guān)材料基于中紅外激光吸收的形貌圖（光學(xué)成像）和與之對(duì)應(yīng)的納米傅里葉紅外光譜結(jié)果,。實(shí)驗(yàn)使用了臺(tái)相干寬波長(zhǎng)中紅外激光器，通過(guò)Neaspec近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡將激光聚焦于鍍鉑金AFM針尖,，從而表征了四組參照薄膜材料：（a）新生成的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料（PVK）（b）新生村的摻雜了GNR@SiO₂的PVK（c）經(jīng)過(guò)疲勞測(cè)試的PVK（d）經(jīng)過(guò)疲勞測(cè)試的GNR@SiO₂的PVK,。

圖2 實(shí)驗(yàn)原理示意圖和Neaspec近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡AFM頂照攝像頭在測(cè)試四組材料時(shí)的光學(xué)鏡頭成像。

在PVK所對(duì)應(yīng)的中紅外成像和納米傅里葉紅外光譜中,，信號(hào)的產(chǎn)生主要源自材料里的甲脒結(jié)構(gòu)中的非對(duì)稱(chēng)碳氮鍵的拉伸模式的變化,。所有之后的分析都是基于上述四種材料所產(chǎn)生的這種信號(hào)（對(duì)應(yīng)材料中甲脒的濃度也就是材料的降解程度）。下圖a-d對(duì)應(yīng)四種材料的1700  cm^–1 中紅外激光成像結(jié)果,。而為了研究疲勞測(cè)試對(duì)材料穩(wěn)定性的影響,，研究者在每個(gè)結(jié)果中都選取了5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，直接進(jìn)行納米傅里葉紅外光譜的測(cè)試 （下圖 e-h）,。研究者通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),，在沒(méi)有摻雜GNR@SiO₂的PVK中，疲勞測(cè)試使得材料的甲脒含量降到了原來(lái)的45%,。而通過(guò)摻雜GNR@SiO₂,，PVK中的則能維持在原來(lái)的75%?？梢?jiàn),，摻雜GNR@SiO₂有效地減慢了PVK薄膜材料的降解和損耗速度。而使得這結(jié)果得以獲得的,，正是Neaspec的近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡可以同時(shí)對(duì)樣品進(jìn)行中紅外成像和納米傅里葉紅外吸收譜分析的這性,。

圖3 四組參照薄膜材料的中紅外成像結(jié)果以及對(duì)應(yīng)圖上5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的納米傅里葉紅外光譜結(jié)果

參考文獻(xiàn)：

[1]. Fengzhu Li, Tsz Wing Lo, Xiang Deng, Siqi Li, Yulong Fan, Francis R. Lin, Yuanhang Cheng, Zonglong Zhu, Dangyuan Lei*, Alex K.-Y. Jen*, Plasmonic Local Heating Induced Strain Modulation for Enhanced Efficiency and Stability of Perovskite Solar Cells, Advanced Energy Materials，DOI: 10.1002/aenm.202200186

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