一、引述

随着钙钛矿材料在光伏器件中的应用愈发备受关注，深圳职业大学霍夫曼先进材料研究所胡汉林副教授研究团队对钙钛矿材料的研究也逐步深入。近期该团队为了研究钙钛矿层中残留的PbI₂团簇及其对器件性能的影响，引入1-丁基-3-甲基咪唑醋酸盐（BMIMAc）作为离子液体（IL）添加剂，实现对钙钛矿结晶过程的精细调控。

二、表征测试

实验中研究人员发现ILs中的阳离子和阴离子能够与钙钛矿组分发生特异性相互作用，有效调节了钙钛矿的结晶行为，减少了残留的PbI₂团簇，并填补了潜在的空位。BMIMAc IL的引入导致簇的形成，导致PbI₂晶核更稀疏，并在整个PbI₂薄膜中产生更多孔隙。这种孔隙增大有利于第二步中有机盐的渗透，从而增强PbI₂和有机盐之间的相互作用。图1所示的是在两步法制备钙钛矿薄膜过程中的对样品的SEM、AFM表征结果，以及对离子液体 BMIMAc和BMIMAc-PbI₂ 样品的FTIR、NMR、XPS结果，从各角度证实离子液体BMIMAc和PbI₂之间存在强烈的化学相互作用。

Figure 1. The surface and cross-sectional SEM images of a,c) control and b,d) IL BMIMAc-modified PbI₂ films. AFM images of e) control and f) IL BMIMAc-modified PbI₂ films. The surface and cross-sectional SEM images of g,i) control and h,j) IL BMIMAc-modified perovskite films. AFM images of k) control and l) IL BMIMAc-modified perovskite films. m,n) FTIR spectra of BMIMAc and BMIMAc + PbI₂. o) 1H NMR spectra of BMIMAc and BMIMAc + PbI₂. p) XPS patterns of Pb 4f in control and BMIMAc-modified perovskite films.

同时研究人员还发现了个惊人的现象：经BMIMAc IL处理后，钙钛矿层底表面过度尺寸的残留PbI₂团簇完全消失。而这一发现对于提高PSCs的效率和稳定性具有重要意义。为了全面理解残留PbI₂减少的机制，作者采用了包括深度分辨掠入射宽角X射线散射（GIWAXS）在内的先进分析技术，为我们提供了深入洞察钙钛矿薄膜内部结构的独特视角。图2所示是作者对样品在退火过程中的XRD实验，以及通过安徽国科小角散射仪（GKINST：SAXSFocus 3.0）进行的GIWAXS测试结果：

Figure 2. XRD profiles for the a) control and b) BMIMAc-modified perovskite films at different annealing durations. Depth-resolved GIWAXS patterns of c) control and d) BMIMAc-modified perovskite films. The integration of both e) control and f) BMIMAc-modified perovskite 2D Depth-resolved GIWAXS patterns. g) The ratio of PbI₂/ perovskite according to the depth-resolved GIWAXS patterns.

通过GIWAXS技术，研究人员能够观察到BMIMAc添加剂如何促进更均匀的PbI₂转化，并减少钙钛矿薄膜中的残留团簇，这对于提高太阳能电池的性能和稳定性至关重要。

研究团队为了更好的阐述钙钛矿底部残留的PbI₂团簇，对钙钛矿薄膜进行分层研究，BMIMAc IL修饰样品的表面明显更光滑，残留的 PbI₂ 团簇减少，再次验证BMIMAc IL 可以有效减少钙钛矿底部残留的 PbI₂ 团簇，从而提高钙钛矿薄膜的质量。

Figure 3. a) Schematic diagram of the bottom delamination of perovskite film. SEM image of the bottom of the b) control and c) BMIMAc-modified perovskite films. d,e) AFM images and f,g) PF-TUNA images of the bottom of the control and BMIMAc-modified perovskite films. GIWAXS patterns of the bottom of the h) control and i) BMIMAc-modified perovskite films. GIXRD patterns for both the j) control and k) BMIMAc-modified perovskite films utilizing various instrumental ? values ranging from 10 to 50°. l) The linear fitting of 2?-sin2? for both control and BMIMAc-modified perovskite films.

三、总结

研究团队对钙钛矿层中残留PbI₂的特定分布以及钙钛矿底表面进行了深入研究，并详细分析了BMIMAc IL添加剂对两步法钙钛矿器件性能的影响。发现BMIMAc IL能够消除钙钛矿底表面的PbI₂团簇，精确调控钙钛矿结晶过程。更多详细内容可以查阅该论文。

[1]Wang F, Wang T, Sun Y, et al. Two‐Step Perovskite Solar Cells with> 25% Efficiency: Unveiling the Hidden Bottom Surface of Perovskite Layer[J]. Advanced Materials, 2024: 2401476.

DOI: 10.1002/adma.202401476

SAXSFocus 3.0设备简介

SAXS Focus 3.0是一款多功能小角/广角(SAXS/WAXS)X射线散射测试系统，同时具备小角X射线散射和广角X射线的功能，并可以联机联用。配合超大样品仓，多功能样品台、高真空度飞行管，可以覆盖固体粉晶、液体溶液、胶体、薄膜、纤维等各种形态、各种尺寸的样品。

l  全方位角二维散射图谱的采集功能

l  具备超小角功能，达到极低的q值(q_max 50 nm^-1~ q_min 0.007 nm^-1)

l  可配备高亮度液态靶光源和无噪音单光子计数探测器

l  可实现无光束阻挡器数据采集

l  真空探测器，可在真空管路内沿入射光路方向可全程自动移动、

安徽国科仪器科技有限公司是一家专业从事X射线结构分析设备研发、生产、销售的创新型国家高新技术企业，在小角散射仪（SAXS）、粉末衍射仪（XRD）、高压衍射仪（HPXRD）、桌面 X 射线吸收精细结构谱仪（XAFS）、原位多外场样品环境、X射线源及国家大科学装置等高端X射线结构分析设备领域已顺利实现产品定型，并与各大科研院所和企业、事业单位取得合作，为客户提供全集成、高附加值的全方位解决方案。

国科仪器将始终坚守“赋能前沿科学与精密制造”的使命，秉承“规范守约、活力关爱，扎实创新、引领未来”的价值观，专注科研设备的研发制造与服务，旨在打造高端设备领导品牌，为国家高端仪器的发展作出更大贡献！