首次以原子分辨率成像的混合光敏钙钛矿

已经开发出一种新技术，该技术允许首次获得混合光敏钙钛矿薄膜的可靠原子分辨率图像。这些图像对于改善太阳能电池材料的性能具有重要意义，并拓宽了对这些技术上重要的材料的理解。这项突破是由牛津大学和钻石光源大学的一个联合小组实现的，他们刚刚发表了将于10月30日在《科学》杂志上发表的新论文，标题为“金属卤化物钙钛矿的原子级微观结构”。

该团队使用牛津大学材料系的ePSIC(电子物理科学成像中心)E02显微镜和ARM200显微镜，开发了一种新技术，使他们能够以原子分辨率成像杂化光敏钙钛矿薄膜。这使他们对原子构成有了空前的见识，并为他们提供了其他任何技术都看不到的信息。

牛津大学物理系的MathiasUllerRothmann博士解释说：“这是在最基本的原子级上成像并因此理解这些重要的太阳能电池材料的最后一步。它这是一个重大发现，尽管在过去八年中这些材料是世界上研究最深入的一些材料，但仍未成功完成，在电子束的作用下材料会迅速损坏，因此我们不得不将电子剂量降低至实际上，损坏发生得如此之快，以至于在“正常”成像条件下，损坏是在您意识到之前完成的。这意味着可能存在相对大量的文献，这些文献是根据材料的损坏版本进行观察的，而不是基于实际太阳光的文献。细胞。”

这些特殊的钙钛矿具有令人印象深刻的性能背后的机理尚未完全理解，但它们可能取决于它们可能独有的原子能级特性。

ePSIC的首席电子显微镜学家ChrisAllen博士说;“以原子分辨率成像束敏感材料非常具有挑战性，因为高能电子往往会损坏样品，改变其原子结构。通过采用通常与低电子剂量成像无关的成像技术，大学科学家之间的这种合作牛津大学和ePSIC公司在这一重要材料类别上实现了前所未有的分辨率。这不仅回答了有关混合钙钛矿的原子结构的问题，而且还为研究许多其他对射线敏感的材料开辟了道路。

本文回顾了可用于对材料进行成像的条件组合以及在这些材料中从未见过的微观性质的图像。该团队将其描述为革命性的，因为它使科学家能够以原子的精确度和精确度精确研究薄膜的局部组成。这项技术已经相当广泛地用于研究其他材料，但是由于光敏钙钛矿的显着不稳定特性，特别是在电子束的作用下，到目前为止，对于杂化钙钛矿来说这是不可能的。

“使用我们的方案，我们能够描述晶界的确切原子性质，这是钙钛矿中最难理解的方面之一太阳能电池，以及描述晶体缺陷的全新范围​​，这些缺陷会对太阳能电池设备的宏观性能产生重大影响。您可以说我们现在已经开启了理解这些令人兴奋的材料的新层次。虽然我们还没有全面了解这对于这些太阳能电池的发展意味着什么，但是当试图回答有关钙钛矿太阳能电池材料微观特性的问题时，研究人员现在将能够给出确定的答案，而不是有根据的猜测。。回答这些问题将是指导该领域朝着性能更佳的太阳能电池迈进的巨大一步，也许还可以防止气候灾难。”Rothmann博士总结道。

该团队的新技术使他们能够观察到与钙钛矿杂化有关的全新现象，包括重要属性，例如晶界和其他界面的精确组成，而其他技术则无法解决。此外，研究小组观察到了一系列晶体学缺陷，这些缺陷从未被杂化钙钛矿考虑到，并且在其他太阳能电池材料中也被认为对整体性能有很大的损害。消除这些缺陷对于高性能很重要，但是直到现在，仍无法可靠地确定它们的存在。

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