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材料特性 材料制造和加工 电子显微镜 (SEM、TEM、STEM) 胶体纳米晶体合成 光谱 (UV-Vis-NIR、FTIR、Raman、XAS) 热注射和慢速注射合成 元素分析 (ICP-AES、EDX、XPS) 配体交换和表面改性 动态光散射 刮刀涂布和旋涂 粉末 X 射线衍射 射频溅射 AC/DC 电子测量 电子顺磁共振光谱 光谱椭圆偏振法 光谱电化学
有机-无机金属卤化物钙钛矿正在迅速接近最先进的硅太阳能电池,性能最佳的设备现在已达到 25.7% 的能量转换效率 (PCE)。[1] 尽管稳定性仍然是钙钛矿太阳能电池 (PSC) 面临的挑战,但它们的溶液加工性是一大优势。刮刀涂布、[2] 狭缝模头涂布 [3] 和喷涂 [4] 等技术与卷对卷 (R2R) 加工兼容,原则上,这应该可以实现比现有硅太阳能技术高得多的生产速度。然而,用于结晶钙钛矿活性层的漫长退火时间降低了实际制造过程中可以达到的最大理论网速。2020 年,Rolston 等人展示了所有可扩展 PSC 加工技术中最高的涂层速度,实现了 > 12 m min −1 的生产速度。 [5] 喷涂工艺与大气等离子体后处理工艺相结合,[6] 制备出的 PSC 器件和模块的 PCE 分别为 18% 和 15.5%。至关重要的是,它们是在不对钙钛矿层进行退火的情况下制造的。在这种速度下,模块成本预计可以与 Si 完全竞争。[7] 相比之下,经过 10 分钟退火的旋涂 PSC 的计算吞吐率仅为 0.017 m min −1 ;这个速率远远超出了商业化要求。此外,高温处理步骤会增加公用设施成本并降低吞吐率,从而增加了器件制造成本。[8] 高工艺温度也与许多敏感的柔性(聚合物)基板不兼容,而这些基板预计在“物联网”应用中非常重要。[9,10] 这个不断增长的市场预计将使钙钛矿的初始投资和市场进入门槛降低一个数量级。[11]
1. 常见微生物实验室仪器的介绍、操作、注意事项和使用:(生物安全柜、高压灭菌器、培养箱、BOD 培养箱、热风炉、光学显微镜)。2. 不同培养基的制备和接种技术——营养琼脂、营养肉汤、麦康凯琼脂、EMB 琼脂、萨巴拉德氯霉素琼脂、YEPD 琼脂、BG-11。3. 在空气、土壤和水中取样并计数活体微生物。4. 通过划线法、涂布法、倾注平板法分离细菌纯培养物。5. 染色技术-[单染色、革兰氏染色、抗酸染色、荚膜染色、内孢子染色、负染色、真菌染色] 6. 用悬滴法观察细菌的运动性。7. 显微测量-千分尺(目镜和载物台)。
然而,令人印象深刻的高 PCE 是使用氮气中不可升级的旋涂法从小面积电池(< 1 cm 2 )获得的。[1–3] 为了使 PSC 具有商业可行性,开发在环境空气中低成本大面积制造工艺势在必行。工业上可用于大面积涂覆的许多工艺,例如浸涂、刮刀涂覆和狭缝模涂覆等。其中,狭缝模涂覆是优选的,因为它可以精确控制涂层厚度和溶液使用量(即材料浪费最少)。[4–7] 狭缝模涂覆也适合用于连续工艺,这可以进一步降低制造成本。高性能 PSC 已经通过刮刀涂覆、狭缝模涂覆和喷涂等可扩展工艺制造出来。[8–14] 然而,大多数研究集中在受控环境下的钙钛矿层处理。关于在环境空气中操作的可扩展工艺的报道有限。 [15–18] 常用的 pin 型 PSC 结构包含通过溶液工艺沉积的四层,这四层包括空穴传输层 (HTL)、光吸收钙钛矿层、电子传输层 (ETL) 和功函数调节层 (WFL)。首先,为实现可扩展的工艺,每层加工过程中使用的所有溶剂都应无毒。[19–21] 然后,在每层的合适化学组成、溶剂类型、薄膜形貌控制、层间兼容性、每层的稳定性之间的平衡以拥有可行的环境空气处理系统在科学和工程方面都是相当具有挑战性的。PSC 每层的薄膜形貌和兼容性由每层的化学组成和工艺条件控制。对于钙钛矿层,薄膜形貌由溶剂蒸发和结晶的动力学速率决定。[22–23] 对于旋涂,大多数溶剂通过涂布机旋转和反溶剂滴落迅速去除。 [24] 但狭缝涂布的溶剂挥发速度低于旋涂。[17,25–26] 采用反溶剂浴、气体淬火和预热基片法等策略来增加溶剂挥发速度。[11,27–31] 虽然可以实现高PCE器件,但结果仅限于小面积基片。如果
近十年来,卤化物钙钛矿得到了广泛的研究,部分原因是钙钛矿基太阳能电池的能量转换效率得到了前所未有的快速提高。除了太阳能电池之外,基于钙钛矿的光电器件如光电探测器和发光器件也已展示出令人印象深刻的性能,这得益于大的吸收系数、可调的带隙、缺陷容忍度和长的载流子扩散长度。尽管这些领域已经取得了重大进展,但是包括长期稳定性和铅的毒性在内的一些挑战极大地限制了它们的商业化。人们已经付出了巨大的努力,从光物理的基本理解、材料工程和性能优化等方面来解决这些长期存在的问题。本期特刊以“卤化物钙钛矿:从材料到光电器件”为主题,包括一条评论、四篇综述和五篇原创研究文章,涵盖了所有提到的主题。在本期特刊中,熊等人。来自新加坡南洋理工大学的李建军等 [1] 深入评述了基于钙钛矿的激子极化玻色-爱因斯坦凝聚态的研究现状和未来的研究方向。Koleilat 等 [2] 详细总结了维度工程包括形态工程和分子工程如何影响它们的带隙、结合能和载流子迁移率,从而影响光电探测器和太阳能电池的性能。李等 [3] 综述了二维钙钛矿中自陷激子的研究进程,包括自陷激子的起源,如何检测和控制自陷激子以及自陷激子的存在如何影响钙钛矿基光电器件的性能。唐等 [4] 详细评述了自陷激子在钙钛矿中的研究进展,包括自陷激子的起源,如何检测和控制自陷激子以及自陷激子的存在如何影响钙钛矿基光电器件的性能。 [4] 收集了钙钛矿基发光二极管的外量子效率、亮度和稳定性状态等性能矩阵,向读者简要而全面地介绍了该领域。陈等 [5] 总结了下一代硅基串联太阳能电池的可能顶部电池,并进一步提出了有希望的候选顶部电池。梅等 [6] 通过一种简单的一步滴涂法探索了前体浓度如何影响可印刷无空穴导体介观钙钛矿太阳能电池的性能;游等 [7] 通过使用无掺杂聚合物聚(3-己基噻吩-2,5-二基)(P3HT)作为空穴传输层,研究了无机钙钛矿太阳能电池的性能和热稳定性。钟等[8] 采用刮刀涂布法制备宽带隙甲脒溴化铅薄膜,并研究表面活性剂种类对基于所制备薄膜的太阳能电池性能的影响。魏等。[9] 展示了如何通过复合工程制造高效的钙钛矿基发光二极管。Mu 等人 [10] 提出了一种电晕调制装置结构,以在电子束激发下实现钙钛矿量子点中的随机激光发射。本期特刊中出现的十篇文章仅涵盖了这个快速发展的钙钛矿社区最新进展的一小部分。我们希望本期特刊能为卤化物钙钛矿社区提供有用的参考,并激发这些研究领域的更多研究。