什么是鈣鈦礦電池（PSC）？

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是太陽(yáng)能電池的一種，是目前發(fā)展Z快的太陽(yáng)能技術(shù)。鈣鈦礦材料，如甲基銨鹵化鉛和全無(wú)機(jī)鹵化銫，不僅生產(chǎn)便宜，而且易于制造。使用這些材料制造的太陽(yáng)能電池效率從2009年的3.8％提高到2020年的25.5％。PSC具有實(shí)現(xiàn)更高效率和極低生產(chǎn)成本的潛力，極具商業(yè)化的潛質(zhì)。

圖1 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的構(gòu)造與運(yùn)行機(jī)理示意圖

鈣鈦礦電池中的電子傳輸層（ETL）

PSC 的效率和穩(wěn)定性很大程度上取決于器件中選擇作為電子傳輸層的材料的形態(tài)和類型。目前為止，PSC的電子傳輸材料主要有TiO2、ZnO等金屬氧化物以及富勒烯等有機(jī)電子傳輸材料。ZnO是一種常用于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的電子傳輸材料。ZnO的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需高溫?zé)Y(jié)，易于制備成大面積薄膜。應(yīng)用于器件中的ZnO形貌結(jié)構(gòu)主要有致密平面和納米棒兩種。利用掃描電鏡觀察ETL的納米級(jí)別的樣品形貌，成像清晰且具有立體感，通過(guò)調(diào)節(jié)放大倍數(shù)可以直觀觀察樣品的形貌、成膜質(zhì)量、有無(wú)孔隙等。

Thermo Scientific Apreo 2 SEM具有多功能性和高質(zhì)量成像性能，采用了創(chuàng)新性的末級(jí)透鏡設(shè)計(jì)，引入靜電式末級(jí)透鏡，支持鏡筒內(nèi)高分辨率檢測(cè)。全新Apreo 2 SEM在原有性能基礎(chǔ)之上，新一步優(yōu)化了超高分辨成像能力，并且增設(shè)許多新功能提升其易用性。SmartAlign（智能對(duì)中）技術(shù)，不再需要用戶手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整操作，F(xiàn)lash自動(dòng)執(zhí)行精細(xì)調(diào)節(jié)工作，只需移動(dòng)鼠標(biāo)幾次，就可以完成必要的透鏡居中、消像散和聚焦矯正。

圖2 Thermo Scientific Apreo 2 SEM

圖3為用賽默飛場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡Apreo 2S 在optiplan模式下拍攝的ZnO薄膜，由圖（a）、（b）可見(jiàn)，制備出的膜層均勻致密、無(wú)孔隙。但（b）較（a）圖片相比，噪點(diǎn)更少、分辨率更高。這是因?yàn)椋╞）較（a）參數(shù)上增加使用了樣品臺(tái)減速模式，使用減速模式后，電子束依然保持高電壓，在試樣臺(tái)上加載一個(gè)負(fù)電位，電子在出極靴后受到負(fù)電位的作用而不斷減速，Z 終以低能狀態(tài)著落在樣品表面。這樣既保持了高電壓的分辨率，又因?yàn)榈椭潆妷憾泻芨叩谋砻骒`敏度。

圖3 磁控濺射法制備出ZnO薄膜

電子傳輸層的結(jié)構(gòu)對(duì)鈣鈦礦薄膜質(zhì)量和光學(xué)性能影響很大，從而影響鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能。由此可見(jiàn)，高質(zhì)量的掃描電子顯微鏡是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研發(fā)中檢測(cè)、評(píng)估必不可少的設(shè)備。