Small Methods：掃描探針顯微技術在有機無機鹵化物鈣鈦礦材料和太陽能電池研究中的應用

為了滿足社會發展日益增長的能源需求和可持續發展，加快開發利用環境友好型可再生能源是應對全球日益嚴峻的能源環境問題的必由之路。有機無機鹵化物鈣鈦礦材料是一種極具前景的光伏材料，由其製備的鈣鈦礦太陽電池具有製備工藝簡單、可柔性、帶隙可調等優點。更重要的是，這種新型太陽能電池的光電轉化效率已經能夠和商業化的硅太陽能電池相匹敵，使得這類電池成為光伏領域的研究熱點之一。但是，這類太陽能電池要實現商業化大規模應用還需要解決一些問題，比如長期工作穩定性、鈣鈦礦材料中鉛的毒性、器件性能的可重現性等。通常，鈣鈦礦材料在微觀尺度上的不均一性被認為是造成以上問題的主要原因之一。而傳統鈣鈦礦薄膜表徵技術，如x射線衍射譜(XRD)、x射線光電子能譜(XPS)、量子效率測量以及I-V曲線測量，都不能給出鈣鈦礦薄膜在納米尺度空間分布上的信息。掃描探針顯微技術是一種可以提供材料在納米甚至原子尺度下真實空間表面形貌及電學性質等信息的表徵手段。這種技術能夠利用原子尺度下的表徵結果給出影響材料光伏性能的電子、化學和光電特性信息，能夠為深入研究鈣鈦礦材料特性、解決上述制約鈣鈦礦太陽能電池商業化大規模應用的問題提供一種有效的研究手段。

近日，日本沖繩科學技術研究所（OIST）戚亞冰教授團隊總結了掃描探針顯微技術在有機無機鹵化物鈣鈦礦材料研究中的相關進展。該綜述首先詳細介紹了各種掃描探針顯微技術相對應的鈣鈦礦材料樣品的製備方法；然後重點分析了各種掃描探針顯微技術的技術特點及其在鈣鈦礦光伏材料研究中的獨特應用，著重闡述了這些技術在鈣鈦礦材料太陽能電池應用表徵中所揭示的相關材料特性 。其中，主要討論了三類掃描探針顯微技術：（1）原子力顯微技術（AFM），包括形貌原子力顯微技術（Topographic-AFM）、導電原子力顯微技術（c-AFM）、壓力響應力顯微技術（PFM）、開爾文探針顯微技術（KPFM）和光熱誘導共振技術（PTIR）；（2）掃描隧道顯微技術（STM），包括形貌掃描隧道顯微技術（Topographic-STM）、掃描隧道譜技術（STS）、光線入射技術（Incidence of light）；（3）掃描近場光學顯微技術（SNOM）。最後，論文進一步總結和討論了各種掃描探針顯微技術在鈣鈦礦材料表徵中的優缺點，以及這類技術在未來鈣鈦礦材料研究中所面臨的挑戰和機遇。

該綜述發表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201700295)上。

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