被譽(yù)為“東方麻省理工”，又有著“清北復(fù)交”美譽(yù)之一的上海交通大學(xué)，在剛剛過去的2019年度，上海交通大學(xué)在 Science 上又發(fā)表了2篇高質(zhì)量文章，分別為韓禮元教授團(tuán)隊(duì)構(gòu)建穩(wěn)定異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)提高鈣鈦礦太陽電池的穩(wěn)定性、趙一新團(tuán)隊(duì)的無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池最新研究成果。

Science：韓禮元教授團(tuán)隊(duì)構(gòu)建穩(wěn)定異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)提高鈣鈦礦太陽電池的穩(wěn)定性

上海交通大學(xué)韓禮元教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)多年來致力于新型太陽能電池研究,近來在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域?qū)耀@佳績(jī)。2019年，上海交通大學(xué)的韓禮元教授和楊旭東研究員（共同通訊作者）發(fā)表了關(guān)于鈣鈦礦的最新研究成果“Stabilizing heterostructures of soft perovskite semiconductors”（《穩(wěn)固結(jié)構(gòu)柔弱的鈣鈦礦半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)》）。

為解決鈣鈦礦穩(wěn)定性問題，韓禮元教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制備了具有穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要包含一層表面富鉛鈣鈦礦半導(dǎo)體薄膜，并在薄膜表面沉積氯化氧化石墨烯薄膜，通過形成氯-鉛鍵、氧-鉛鍵將兩層薄膜結(jié)合在一起。光學(xué)、電學(xué)等表征實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以有效減少鈣鈦礦半導(dǎo)體薄膜的分解和缺陷的產(chǎn)生，同時(shí)也減少了逃逸離子對(duì)電荷傳輸層功能性的破壞。具有該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光光強(qiáng)和60 ℃條件下連續(xù)工作1000小時(shí)的后，仍然保有初始效率的90%，而且電池的穩(wěn)態(tài)輸出效率通過了國(guó)際公認(rèn)電池評(píng)測(cè)機(jī)構(gòu)-日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（AIST）光伏技術(shù)研究中心的認(rèn)證。

文章信息：

Stabilizing heterostructures of soft perovskitesemiconductors(Science，2019，DOI: 10.1126/science.aax8018)

文章鏈接：

https://science.sciencemag.org/content/365/6454/687

Science：趙一新團(tuán)隊(duì)的無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池最新研究成果

趙一新團(tuán)隊(duì)和洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Gr?tzel團(tuán)隊(duì)、沖繩理工大學(xué)戚亞冰團(tuán)隊(duì)提出了裂紋界面工程方法。不同于之前僅能對(duì)鈣鈦礦上表面進(jìn)行鈍化修飾的常規(guī)界面工程，裂紋填充界面工程在對(duì) -CsPbI3上表面進(jìn)行處理的同時(shí)，還可利用初始 -CsPbI3薄膜中存在的孔洞、缺陷等進(jìn)行填充，通過這些微通道使碘化膽堿均勻分布于 -CsPbI3上下表層和內(nèi)部，可以實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦全方位的修飾改性。這些全方位分布的碘化膽堿不但全面鈍化了 -CsPbI3層缺陷，而且優(yōu)化了 -CsPbI3與電荷傳輸層之間的能級(jí)匹配，從而大幅度改善了器件的光伏性能。最終，基于缺陷修復(fù)和能級(jí)優(yōu)化后的 -CsPbI3全無機(jī)鈣鈦礦電池獲得了>18%光電轉(zhuǎn)換效率，經(jīng)中國(guó)計(jì)量院第三方認(rèn)證的最高效率18.3%，是當(dāng)前無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池的最高值。

圖4  -CsPbI3 全無機(jī)鈣鈦礦材料和結(jié)構(gòu)表征

圖5 裂紋填充界面工程處理后 -CsPbI3全無機(jī)鈣鈦礦

文章信息：

Thermodynamically stabilized -CsPbI3–basedperovskite solar cells with efficiencies >18%（Science,2019,DOI: 10.1126/science.aav8680）

文章鏈接：

https://science.sciencemag.org/content/365/6453/591

這兩篇在 Science 發(fā)表的研究成果都用到了 TESCAN 雙束電鏡-飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)的分析結(jié)果。TESCAN 公司是全球第一家把飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜儀（TOF-SIMS）和鎵離子（Ga+）、氙氣等離子（Xe+）雙束電鏡集成并推向市場(chǎng)的儀器廠商，該集成系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)：

測(cè)試速度快，一次性可測(cè)試整個(gè)質(zhì)量數(shù)范圍的元素和同位素）成像質(zhì)量好空間分辨率高，利用 FIB 本身的高分辨，使用質(zhì)譜的Mapping 分析達(dá)到納米級(jí)分辨率了樣品制備簡(jiǎn)單

值得一提的是，和常規(guī)的EDS/WDS相比，該系統(tǒng)支持從氫元素開始進(jìn)行檢測(cè)，檢出限可以達(dá)到 ppm量級(jí)，能進(jìn)行同位素的檢測(cè)，因而可以許多解決常規(guī)分析儀器無法檢測(cè)的問題。

TESCAN雙束電鏡-飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)

 

上海交通大學(xué)分析測(cè)試中心于2017年和TESCAN建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，是國(guó)內(nèi)首家采購了TESCAN 雙束電鏡-飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)的高校。分測(cè)中心充分利用FIB-SEM與TOF-SIMS聯(lián)用技術(shù)氫、鋰全元素分析、高空間分辨率、靈敏度檢出限和同位素分析等能力，為校內(nèi)和社會(huì)科研提供支撐，已經(jīng)取得了豐碩的成果，目前儀器已經(jīng)運(yùn)行1年半，支持文章發(fā)表24篇，累計(jì)影響因子達(dá)218.9。

近幾年來，無論在國(guó)內(nèi)和國(guó)際上，已有多個(gè)課題組采用該項(xiàng)分析技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究，并在多種期刊上發(fā)表了高水平文章，相關(guān)的研究成果正在不斷地涌現(xiàn)。TESCAN 公司將繼續(xù)致力于能夠?yàn)楦嗟目蒲泄ぷ魈峁└嗟膽?yīng)用技術(shù)和解決方案。