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克服钙钛矿太阳能电池材料挑战的先进表征技术
第一代和第三代之间有了显著的改善，在保持功率效率的同时降低了制造成本。[2] 最近，高效低成本的混合有机-无机卤化物钙钛矿材料已经成为新一代光伏电池最有前途的光吸收剂，取代了商业上占主导地位的多晶硅材料。[3–8] 在 2012 年展示固态钙钛矿太阳能电池 (PSC) 之后 [9]，对 PSC 的研究量大幅增加。因此，PSC 的功率转换效率迅速发展，目前已超过 25%，超过了 Cu(In,Ga)Se 2 (CIGS) 和碲化镉 (CdTe)，接近单晶硅太阳能电池。[10] 尽管 PSC 具有很高的功率效率，但由于其稳定性低和可扩展性差，距离商业化还有很长的路要走。 [11,12] 在提高 PSC 效率的同时，研究人员还在尝试增强器件稳定性和开发大面积兼容的制造方法。 [13,14] 尽管做出了这些努力，但最先进的 PSC 在加速测试条件下只能保持几千小时的性能，相当于一年或更短的典型运行时间，[15–17] 而商业化至少需要 20 年的稳定性。 同时，PSC 模块的面积相对较小（800–6500 cm 2 ），仅表现出 16% 的能量转换效率 (PCE)，而商业化的硅太阳能电池在大模块尺寸（> 14 000 cm 2 ）下可实现超过 22% 的 PCE。 [18] 为确保长期稳定性和可扩展性，需要对钙钛矿材料进行准确表征。为了了解钙钛矿材料效率高、降解机制差、可扩展性差的根本原因，对吸收层和器件进行了广泛的表征。[19–22] 图 1 总结了常用于评估钙钛矿化学、形态、结构、光电特性的表征工具，表 1 总结了它们的分辨率极限。在化学范围内，钙钛矿材料的电子能带结构和化学组成已通过各种光谱学和测量方法阐明，包括紫外-可见光谱 (UV-vis)、紫外光电子能谱 (UPS)、开尔文探针强制显微镜 (KPFM)、X 射线光电子
克服钙钛矿太阳能电池材料挑战的先进表征技术
第一代和第三代之间有了显著的改善，在保持功率效率的同时降低了制造成本。[2] 最近，高效低成本的混合有机-无机卤化物钙钛矿材料已经成为新一代光伏电池最有前途的光吸收剂，取代了商业上占主导地位的多晶硅材料。[3–8] 在 2012 年展示固态钙钛矿太阳能电池 (PSC) 之后 [9]，对 PSC 的研究量大幅增加。因此，PSC 的功率转换效率迅速发展，目前已超过 25%，超过了 Cu(In,Ga)Se 2 (CIGS) 和碲化镉 (CdTe)，接近单晶硅太阳能电池。[10] 尽管 PSC 具有很高的功率效率，但由于其稳定性低和可扩展性差，距离商业化还有很长的路要走。 [11,12] 在提高 PSC 效率的同时，研究人员还在尝试增强器件稳定性和开发大面积兼容的制造方法。 [13,14] 尽管做出了这些努力，但最先进的 PSC 在加速测试条件下只能保持几千小时的性能，相当于一年或更短的典型运行时间，[15–17] 而商业化至少需要 20 年的稳定性。 同时，PSC 模块的面积相对较小（800–6500 cm 2 ），仅表现出 16% 的能量转换效率 (PCE)，而商业化的硅太阳能电池在大模块尺寸（> 14 000 cm 2 ）下可实现超过 22% 的 PCE。 [18] 为确保长期稳定性和可扩展性，需要对钙钛矿材料进行准确表征。为了了解钙钛矿材料效率高、降解机制差、可扩展性差的根本原因，对吸收层和器件进行了广泛的表征。[19–22] 图 1 总结了常用于评估钙钛矿化学、形态、结构、光电特性的表征工具，表 1 总结了它们的分辨率极限。在化学范围内，钙钛矿材料的电子能带结构和化学组成已通过各种光谱学和测量方法阐明，包括紫外-可见光谱 (UV-vis)、紫外光电子能谱 (UPS)、开尔文探针强制显微镜 (KPFM)、X 射线光电子
对2D层的钙钛矿微晶膜中X射线的超稳定和鲁棒响应，直接沉积在柔性基材上
过去十年。尤其是，光线和灵活设备的开发将代表该领域的重大突破，因为它允许新的检测器设计和应用程序，例如，便携式实时X射线测量器或弯曲的数字X射线成像仪。[1] Exposure to high doses of X-rays increases the risks of developing radiation-induced disorders such as can- cers [2] and enhancing the detection limit of detectors is a critical key issue for medical application, since it would help reducing the radiation dose delivered to the patient and therefore limit the radiation hazards linked to radiation therapy and diagnostics (e.g., mammography, X-ray tomography).上面引用的规格要求开发可处理的X射线直接检测材料与柔性塑料底物上的低温沉积兼容，并能够以低辐射剂量工作。不过，由于机械刚度低和高X射线吸收的双重必要性，所有这些要求都无法轻易满足单个材料，因此通常通过浓稠且沉重的吸收层来实现后者。的确，参与直接X射线检测的传统最先进材料包括硅（SI），无定形硒（α-SE）和锌锌锌醇锌（CZT）（CZT），它们因其高原子数（z）和密度而以其高X射线停止功率而闻名。柔性应用受到塑料基材及其机械刚度的高加工温度输入的阻碍。带有构图的3D ho最近，有机半导体似乎是直接X射线检测的传统无机半导体的有希望的替代品。[3,4]有机半导体具有吸引人的特性，尤其是通过基于大区域溶液的技术进行处理的可能性，例如钢筋涂层[5]或喷墨印刷[6]在柔性基板上。有机材料的低z然而，限制了其停止功率，从而限制了低辐射剂量以高能X射线的检测。机械刚性和大型X射线吸收之间的权衡是应对新型X射线检测材料的开发的有趣挑战。在过去的几年中，关于直接X射线检测材料的研究主要围绕混合有机/盐酸卤化物钙钛矿（HOIP）围绕。