Small Structures:揭示层状钙钛矿薄膜的微观结构

在三维金属卤化物钙钛矿(ABX3形式)取得成功之后,研究者将注意力转向了它们的低维对应物,用于各种光电应用,其中最引人注目的是具有A2BX4形式的层状金属卤化物化合物。在这种结构中,无机八面体层被相对较大的有机阳离子隔开,作为绝缘屏障,从而形成天然的量子阱结构。通过调整无机层或有机阳离子的厚度或组成,可以调整其基本材料参数,如带隙、有效质量和激子结合能等。这种分层的二维钙钛矿中强烈的量子和介电约束,可以产生窄的激子发光光谱,使这些材料可用于制造高色纯度的LED和激光器。此外,尽管二维钙钛矿具有较大的激子结合能,但也越来越多地应用于太阳能电池中。研究者发现在太阳能电池中加入少量的二维钙钛矿可以提高钙钛矿薄膜的热稳定性、环境稳定性以及结晶度。

对于二维钙钛矿,多晶薄膜的形态和晶体取向会直接影响器件的性能,因此对钙钛矿薄膜微结构的理解和控制至关重要。最近,荷兰Groningen大学的Maria A. Loi课题组使用了多种技术,包括偏振拉曼光谱、电子背散射衍射(EBSD)和抓取-入射广角X射线散射(GIWAXS),揭示了层状钙钛矿(PEA)2PbI4刮涂薄膜的微结构,相关结果发表在Small Structures上(DOI:10.1002/sstr.202000074)。

作者使用了空间分辨偏振拉曼光谱技术,进行了晶粒间微米级相对错位的成像,并使用EBSD技术来重建绝对的方向图。研究发现,晶粒的取向作用使其[001]平面几乎完全平行于基底表面,而[100]和[010]晶粒方向则没有显示出任何的优选排列,在平面中完全随机取向。通过GIWAXS表征,作者证实了上述微纹理可以代表整个薄膜的平均纹理,并表明薄膜在平面外方向上表现出单一的结晶性质。

译者:潘奕辰,天津大学化工学院,硕士研究生。