随着太阳能电池研究，开发和制备技术的升级，全稳态的钙钛矿太阳能电池（PSC）由于其低成本和高光电转换效率而成为光伏领域的研究热点。与前几代光电转换材料相比，钙钛矿材料具有高效率和低成本准备的优势，并且具有巨大的未来发展潜力。作为广泛使用的微区分析产品，扫描电子显微镜通常用于查看各种固体物质表面的显微结构和组成。它特别有助于观察覆盖范围，表面平坦，晶体质量等，也是测量膜厚度的最直接方法之一。本文从两个方向介绍了PSC：钙钛矿的基本概念和工作原理，以及在钙钛矿太阳能电池中的Kyky Field发射枪扫描电子显微镜的应用。
钙钛矿的基本概念和工作原理
The of PSCs oxide (such as FTO and ITO), layer ETL (such as TiO2, SnO2, ZnO, C60, etc.), layer (such as, , etc.), hole layer HTL (such as Spiro-, PTAA, P3HT, CuSCN, CuPc, etc.), and top （AU，AG，CU，碳材料等）。在狭窄意义上，钙钛矿是指最初发现的一类氧化物钙钛矿，这些钙钛矿最初是由钛酸钙（）组成的。广义钙钛矿是指具有类似于钙钛矿的晶体结构的化合物，其一般结构公式为ABX3。其中，A是阳离子，例如有机阳离子甲胺（+，MA+），阵阵（HC（NH2）2+），FA+），金属阳离瓶（CS+），（RB+）等； B通常是二价金属阳离子，例如铅离子（PB2+），锡离子（SN2+）； X是一种卤素阴离子，例如氯离子（Cl-），溴离子（BR-）和碘离子（I-）。 6个卤素阴离子X形成一个常规的八面体[Mx6] 4-具有一个金属离子M2+，M2+位于常规八面体[mx6] 4-，x-的中心位于常规八人体[mx6] 4-的顶点[mx6] 4-，并与顶点相处于三二粒子中的三二二氧化合物中心，并与顶点相处。四个八人体。通过调整A，B和X的内容物，可以获得钙钛矿材料的不同成分，并且相应的钙钛矿材料的带隙和能级分布也不同。通过调节钙钛矿的成分，可以实现连续的带隙调节，这还确定了钙钛矿可以广泛用于发光，光伏和光检测的领域。
图1钙钛矿太阳能电池如何工作
当某些物质以一定频率暴露于电磁波时，价电子会受到辐射的影响，并在被原子核约束后成为游离电子。进一步的自由电荷分布将导致潜在的差异，这一现象称为光伏效应。当光在钙钛矿材料上发光，太阳的光的强度大于其带隔离的宽度时，钙钛矿会吸收光子以产生电子孔对。激发的电子从价带到传导带，并流到电子传输层，然后孔流到另一根极，形成环电流。
扫描电子显微镜在钙钛矿太阳能电池中的应用
钙钛矿光吸收层是钙钛矿太阳能电池中吸收阳光并产生光电子的活性材料。当前的成熟钙钛矿材料是甲胺碘铅（）。研究最多的是甲胺铅卤化物，甲米丁铅卤化物，铯铅卤化物，铯铅卤化物，铯锡卤化物及其混合钙钛矿材料。
钙钛矿吸收层薄膜是一种复杂的多晶材料，包含许多晶体边界。理想晶体结构中的每个原子都有其自身的相应位置，实际晶体结构将受晶体生长及其后加工过程的影响，并会导致缺陷。晶体结构位错的形成主要是由于晶界的存在。通过溶液方法制备的钙钛矿膜的表面主要包括三点缺陷：反向位置，空位和间隙。钙钛矿膜中的缺陷捕获了影响PSC的PV性能参数的自由电荷，因此需要扩展缺陷的钝化以阻止其迁移路径。
作为吸收光的活动层，钙钛矿层在设备性能中起着至关重要的作用。缺陷，形态和晶体质量的程度是影响设备光电性能的两个重要因素。具有高结晶度，较大晶粒尺寸，狭窄的晶界和很少的孔不仅可以减少缺陷状态并减少电子孔对重组，而且还提高了阳光的吸收率和利用率，从而改善了设备的光电性能。
扫描电子显微镜（SEM）是一种常用的材料微态特性装置，可以达到数十万次的放大倍率。使用二级电子作为观察介质可以达到低于1 nm的最终分辨率。 SEM具有较大的视野深度和视野，图像充满了三维性，使您可以直接观察到各种不同种类的样本。此外，样本准备很简单。通常，它通过导电胶带粘贴在样品基板上。通过喷洒几秒钟，可以将其直接放在电子显微镜下进行观察。
作为一种常用的微观分析产品，SEM在钙钛矿膜的表征中起着至关重要的作用。 SEM可用于观察钙钛矿的表面形态，覆盖范围和厚度。 SEM可以确定钙钛矿膜的表面是否具有良好的覆盖范围以及是否有孔。薄膜孔的存在会导致泄漏电流，从而导致最终设备的电流和电压降低，从而降低了整个设备的光伏性能。 SEM横截面视图可以很好地观察每一层膜的厚度，并观察晶粒尺寸以及每一层之间的接触是否良好。
SEM还可以观察谷物的晶粒尺寸，晶体缺陷和形态。当钙钛矿薄膜晶粒尺寸很小时，有很多孔，并且具有明显的晶界，这些特征性缺陷就会更多，这很容易加剧载体的重组并导致电池性能下降。此外，晶界和孔使钙钛矿膜更容易受到空气中水蒸气和氧气的损害，从而降低了设备的稳定性。钙钛矿晶粒的大小直接决定了薄膜中晶界的数量，因此增加晶粒尺寸是改善设备性能的有效方法。具有良好结晶度和较大晶粒尺寸的钙钛矿膜可以减少在晶界和界面之间光生载体的非辐射重组，这有助于改善设备的光电性能。
以下一组图片是凯基（Kyky-Field）发射器枪支扫描电子显微镜拍摄的钙钛矿电池的横截面和表面图片。 Kyky-的超高分辨率为0.9nm@30kv，并且深度很大。它可以清楚地观察到钙钛矿颗粒的大小和形态，晶界和孔的大小和分布以及横截面的分层。
图2钙钛矿膜横截面
上图是钙钛矿膜的横截面。在图中，可以很好地观察到两部薄膜的存在，其中上层是钙钛矿膜，下层是FTO膜。可以观察到层之间的接触非常好。
图3钙钛矿表面放大10k倍
图4钙钛矿表面放大倍数20k倍
图5钙钛矿表面放大50k次
上图显示了在不同宏伟的钙钛矿膜的表面结构。从图中，我们可以看到该薄膜具有良好的覆盖范围，良好的结晶特性，较大的晶粒尺寸，相对密度且均匀，并且没有较大的间隙，这有助于改善设备的光电性能。
Kyky-Field发射枪扫描电子显微镜已经通过许多关键技术破裂，例如高分辨率电子光学成像系统设计，发射枪支工程设计和制造以及电子束加速度枪管设计和制造。该团队成功地开发了具有独立知识产权的肖特基野外枪支扫描电子显微镜。分辨率指标达到的范围比3nm@1kV和0.9nm@30kV分别达到了世界一流的水平，极大地促进了我国家的电子光学仪器行业的发展，从而使我国家的扫描电子显微镜可以实现逐步的逐步溢出，从而有效地解决了当前的“国内生产”，促进了国内的“伟大”和“跨国公司”的发展，并促进了国立的范围，并促进了伟大的产品，并促进了伟大的产品，并促进了伟大的产品，并促进了伟大的产品，并促进了伟大的产品，并促进了国内的范围，并促进了伟大的范围。在我国的尖端科学研究，主要项目和战略新兴行业中促进和改善高端设备的本地化和独立水平。
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参考：
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