介紹

鈣鈦礦是一種鈦氧化鈣（CaTiO?）礦物。其的晶體結構由公式ABX?描述，其中“A”和“B”是不同大小的陽離子，而“X”是與兩者結合的陰離子。這種結構提供了巨大的組成多功能性，使可調諧的光電特性。鈣鈦礦材料提供高效的電荷傳輸和*的光吸收，對太陽能工業(yè)至關重要。單結鈣鈦礦太陽能電池的功率效率已超過25%，而實驗室的效率已接近肖克利-奎瑟的極限。這些令人興奮的發(fā)展與鈣鈦礦材料也支持可調帶隙以優(yōu)化特定波長，并顯示出高缺陷容忍度，簡化制造和降低成本相一致。實現(xiàn)這一巨大的潛力需要的材料表征和可靠的在線質量保證和控制。為了進一步了解和開發(fā)鈣鈦礦材料，的表征技術是必要的，許多工具被用來實現(xiàn)這些目標，顯微光譜法則是一個突出的方法。它提供了一種的能力，可以在微觀水平上分析鈣鈦礦材料，為了解其光學特性、空間變化、降解機制、薄膜厚度等提供了有價值的見解。 CRAIC已經(jīng)在鈣鈦礦材料的詳細分析中證明了其紫外-可見-近紅外顯微分光光度計的有效性，為其在微尺度上的光學和電子特性提供了見解。

紫外-見-近紅外顯微分光光度計概述

紫外-可見-近紅外顯微分光光度計，是研究鈣鈦礦材料的一種*而通用的工具。它提供了對鈣鈦礦的光學特性、空間變化、降解機制和薄膜厚度的詳細見解，所有這些都對推進高性能光電器件的發(fā)展至關重要。通過利用顯微光譜學的能力，研究人員可以解決與鈣鈦礦材料相關的挑戰(zhàn)，并釋放其在各種技術應用中的全部潛力。

紫外-可見-近紅外顯微分光光度計結合了紫外-可見光譜學和高分辨率顯微鏡的原理。這種技術允許在微觀空間分辨率下對材料光譜范圍（紫外到近紅外）進行分析。CRAIC的顯微光譜系統(tǒng)配備了的光學和探測器，能夠在亞微米尺度上精準測量吸光度、反射率和光致發(fā)光光譜。

最近鈣鈦礦研究的關鍵發(fā)現(xiàn)

最近利用CRAIC的紫外-可見-近紅外顯微分光光度計進行的研究在鈣鈦礦的表征方面取得了重要的發(fā)現(xiàn)：

1.   增強的光學吸收和反射率映射：

  研究人員利用這種技術繪制了鈣鈦礦薄膜、單晶和納米結構的光學吸收圖

2.   柔性光電器件的開發(fā)

  以超薄單晶鈣鈦礦薄膜為活性層的柔性器件的穩(wěn)態(tài)光學表征有助于展示一種高性能的柔性光電探測器¹

3.   穩(wěn)定型紅外光電探測器的研制

  鈣鈣鈦礦在開發(fā)廉價的紅外（IR）光電探測器方面顯示出了前景。然而，它們在長時間的紅外暴露下會降解。開發(fā)了新型穩(wěn)定的紅外光電探測器，并采用吸光度顯微光譜法進行了表征²

4.   鈣鈦礦光學發(fā)射工程

  金屬鹵化物鈣鈦礦量子點具有優(yōu)異的光致發(fā)光性能。本文設計了可調發(fā)光特性，并利用偏振反射顯微光譜技術對樣品進行了表征³

5.   構建近紅外納米激光器

  近紅外納米激光器正在被開發(fā)用于光電電路。采用紫外-可見-近紅外顯微分光光度計測定了新型波長可調平面納米材料的吸收光譜?

6.   創(chuàng)建二維半導體

  利用反射率和透射顯微光譜對新系列二維錫鈣鈦礦晶體的光電特性進行了表征，以確定了吸收光譜與波長的關系?

CRAIC顯微光譜系統(tǒng)的優(yōu)勢

• 高空間分辨率: 能夠詳細地測繪和分析鈣鈦礦樣品中的微觀特征

• 廣譜范圍: 覆蓋紫外到近紅外區(qū)域，提供全面的光學表征

• 在同一位置上的多種測量技術: 吸光度、反射率和發(fā)射光譜都可以在同一點上獲得，從而可以直接比較結果

• 可以得到表面的映射: 吸光度、反射率、發(fā)射光譜以及薄膜厚度圖

• 無損分析: 在測量過程中保持精密鈣鈦礦材料的完整性

• 多功能性: 適用于廣泛的鈣鈦礦材料和設備結構

表征光學特性

該技術使研究人員能夠在微觀尺度上測量鈣鈦礦薄膜和納米晶體的吸收、透射、反射和發(fā)射光譜。了解這些光學特性對于優(yōu)化鈣鈦礦基光電器件的性能至關重要。例如，吸收光譜提供了關于帶隙和電子躍遷的信息，這對提高鈣鈦礦太陽能電池的效率至關重要。類似地，發(fā)射光譜對于開發(fā)高性能鈣鈦礦基發(fā)光二極管（led）也至關重要。

映射空間變化

顯微光譜學的一個顯著優(yōu)勢是它能夠以微米尺度的空間分辨率繪制光譜特征。這種能力對于研究鈣鈦礦材料中的成分、結晶度和缺陷的空間變化尤為重要?？臻g的不均勻性會深刻地影響鈣鈦礦的光電特性，從而影響其在器件中的性能。例如，組成的變化會導致不均勻的光吸收和發(fā)射，而結晶度的差異會影響電荷的輸運性質。通過繪制這些變化的圖譜，研究人員可以識別和減輕缺陷，從而開發(fā)出更高效和可靠的鈣鈦礦設備。

降解和穩(wěn)定性分析

鈣鈦礦材料以其對水分、氧和熱等環(huán)境因素的敏感性而聞名，這些因素會導致降解和不穩(wěn)定。顯微光譜技術是監(jiān)測鈣鈦礦材料在不同環(huán)境條件下的光學性質變化的關鍵。通過研究這些性質是如何演變的，研究人員可以深入了解其降解機制，并設計策略來提高鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性。例如，隨著時間的推移，監(jiān)測吸收光譜可以揭示降解產(chǎn)物的形成，而發(fā)射光譜的變化可以表明環(huán)境應激導致的發(fā)光效率的損失。

薄膜厚度測量

薄膜厚度的精確測量對于優(yōu)化鈣鈦礦基器件的性能至關重要，因為薄膜厚度會顯著影響該材料的光學和電子性能。顯微光譜學可以通過分析光譜中的干涉圖案來精確測量鈣鈦礦薄膜的厚度。這些信息對于設計具有層厚度的設備以獲得性能至關重要。例如，在太陽能電池中，必須優(yōu)化鈣鈦礦層的厚度，以限度地吸收光，同時確保有效的電荷傳輸。

現(xiàn)場和操作研究

將顯微光譜學與其他技術相結合，如環(huán)境室或電化學細胞，使鈣鈦礦材料的原位和操作性研究成為可能。這些研究對于理解鈣鈦礦材料在設備運行過程中或在不同環(huán)境條件下發(fā)生的動態(tài)過程至關重要。例如，原位顯微光譜學可用于監(jiān)測鈣鈦礦太陽能電池制造過程中光學特性的演變，為工藝優(yōu)化提供實時反饋。另一方面，Operando研究允許研究人員觀察材料性能的變化，為現(xiàn)實條件下的性能和穩(wěn)定性提供見解。

結論

CRAIC紫外-可見-近紅外顯微分光光度計已被證明是鈣鈦礦材料高級表征的有力工具。在微尺度上進行詳細光學分析的能力增強了對這些材料特性的理解，推動了基于鈣鈦礦的技術的進一步創(chuàng)新。研究人員和開發(fā)人員可以利用這種技術來優(yōu)化材料質量，提高器件性能，并加快鈣鈦礦光電子技術的商業(yè)化。

參考資料：

1 Jing, Hao, Ruwen Peng, Ren-Min Ma, Jie He, Yi Zhou, Zhenqian Yang, Cheng-Yao Li et al. "Flexible ultrathin single-crystalline perovskite photodetector." Nano letters 20, no. 10 (2020): 7144-7151.
2 Kim, Min‐Woo, Yihang Yuan, Sehee Jeong, Jenny Chong, Håvard Mølnås, Aida Alaei, Iver J. Clevelａnd et al. "Electrospun Tri‐Cation Perovskite Nanofibers for Infrared Photodetection." Advanced Functional Materials 32, no. 45 (2022): 2207326.
3 Csányi, Evelin, Yan Liu, Soroosh Daqiqeh Rezaei, Henry Yit Loong Lee, Febiana Tjiptoharsono, Zackaria Mahfoud, Sergey Gorelik et al. "Engineering Perovskite Emissions via Optical Quasi-Bound-States-in-the-Continuum." arXiv preprint arXiv:2306.14229 (2023).
4 Zhang, Qing, Son Tung Ha, Xinfeng Liu, Tze Chien Sum, and Qihua Xiong. "Room-temperature near-infrared high-Q perovskite whispering-gallery planar nanolasers." Nano letters 14, no. 10 (2014): 5995-6001.

5 Li, Yahui, Hongzhi Zhou, Ming Xia, Hongzhi Shen, Tianyu Wang, Haikuo Gao, Xin Sheng et al. "Phase-pure 2D tin halide perovskite thin flakes for stable lasing." Science Advances 9, no. 32 (2023): eadh0517.

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