介紹

鈣鈦礦是一種鈦氧化鈣（CaTiO?）礦物。其的晶體結(jié)構(gòu)由公式ABX?描述，其中“A”和“B”是不同大小的陽(yáng)離子，而“X”是與兩者結(jié)合的陰離子。這種結(jié)構(gòu)提供了巨大的組成多功能性，使可調(diào)諧的光電特性。鈣鈦礦材料提供高效的電荷傳輸和強(qiáng)大的光吸收，對(duì)太陽(yáng)能工業(yè)至關(guān)重要。單結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的功率效率已超過(guò)25%，而實(shí)驗(yàn)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(diào)帶隙以優(yōu)化特定波長(zhǎng)，并顯示出高缺陷容忍度，簡(jiǎn)化制造和降低成本相一致。實(shí)現(xiàn)這一巨大的潛力需要的材料表征和可靠的在線質(zhì)量保證和控制。為了進(jìn)一步了解和開(kāi)發(fā)鈣鈦礦材料，的表征技術(shù)是必要的，許多工具被用來(lái)實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，顯微光譜法則是一個(gè)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(xué)特性、空間變化、降解機(jī)制、薄膜厚度等提供了有價(jià)值的見(jiàn)解。 CRAIC已經(jīng)在鈣鈦礦材料的詳細(xì)分析中證明了其紫外-可見(jiàn)-近紅外顯微分光光度計(jì)的有效性，為其在微尺度上的光學(xué)和電子特性提供了見(jiàn)解。

紫外-見(jiàn)-近紅外顯微分光光度計(jì)概述

紫外-可見(jiàn)-近紅外顯微分光光度計(jì)，是研究鈣鈦礦材料的一種強(qiáng)大而通用的工具。它提供了對(duì)鈣鈦礦的光學(xué)特性、空間變化、降解機(jī)制和薄膜厚度的詳細(xì)見(jiàn)解，所有這些都對(duì)推進(jìn)高性能光電器件的發(fā)展至關(guān)重要。通過(guò)利用顯微光譜學(xué)的能力，研究人員可以解決與鈣鈦礦材料相關(guān)的挑戰(zhàn)，并釋放其在各種技術(shù)應(yīng)用中的全部潛力。

紫外-可見(jiàn)-近紅外顯微分光光度計(jì)結(jié)合了紫外-可見(jiàn)光譜學(xué)和高分辨率顯微鏡的原理。這種技術(shù)允許在微觀空間分辨率下對(duì)材料光譜范圍（紫外到近紅外）進(jìn)行分析。CRAIC的顯微光譜系統(tǒng)配備了的光學(xué)和探測(cè)器，能夠在亞微米尺度上精準(zhǔn)測(cè)量吸光度、反射率和光致發(fā)光光譜。

最近鈣鈦礦研究的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)

最近利用CRAIC的紫外-可見(jiàn)-近紅外顯微分光光度計(jì)進(jìn)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(qiáng)的光學(xué)吸收和反射率映射：

  研究人員利用這種技術(shù)繪制了鈣鈦礦薄膜、單晶和納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)吸收?qǐng)D

2.   柔性光電器件的開(kāi)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(xué)表征有助于展示一種高性能的柔性光電探測(cè)器¹

3.   穩(wěn)定型紅外光電探測(cè)器的研制

  鈣鈣鈦礦在開(kāi)發(fā)廉價(jià)的紅外（IR）光電探測(cè)器方面顯示出了前景。然而，它們?cè)陂L(zhǎng)時(shí)間的紅外暴露下會(huì)降解。開(kāi)發(fā)了新型穩(wěn)定的紅外光電探測(cè)器，并采用吸光度顯微光譜法進(jìn)行了表征²

4.   鈣鈦礦光學(xué)發(fā)射工程

  金屬鹵化物鈣鈦礦量子點(diǎn)具有優(yōu)異的光致發(fā)光性能。本文設(shè)計(jì)了可調(diào)發(fā)光特性，并利用偏振反射顯微光譜技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行了表征³

5.   構(gòu)建近紅外納米激光器

  近紅外納米激光器正在被開(kāi)發(fā)用于光電電路。采用紫外-可見(jiàn)-近紅外顯微分光光度計(jì)測(cè)定了新型波長(zhǎng)可調(diào)平面納米材料的吸收光譜?

6.   創(chuàng)建二維半導(dǎo)體

  利用反射率和透射顯微光譜對(duì)新系列二維錫鈣鈦礦晶體的光電特性進(jìn)行了表征，以確定了吸收光譜與波長(zhǎng)的關(guān)系?

CRAIC顯微光譜系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

• 高空間分辨率: 能夠詳細(xì)地測(cè)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(xué)表征

• 在同一位置上的多種測(cè)量技術(shù): 吸光度、反射率和發(fā)射光譜都可以在同一點(diǎn)上獲得，從而可以直接比較結(jié)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(wú)損分析: 在測(cè)量過(guò)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(shè)備結(jié)構(gòu)

表征光學(xué)特性

該技術(shù)使研究人員能夠在微觀尺度上測(cè)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(xué)特性對(duì)于優(yōu)化鈣鈦礦基光電器件的性能至關(guān)重要。例如，吸收光譜提供了關(guān)于帶隙和電子躍遷的信息，這對(duì)提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率至關(guān)重要。類(lèi)似地，發(fā)射光譜對(duì)于開(kāi)發(fā)高性能鈣鈦礦基發(fā)光二極管（led）也至關(guān)重要。

映射空間變化

顯微光譜學(xué)的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)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(duì)于研究鈣鈦礦材料中的成分、結(jié)晶度和缺陷的空間變化尤為重要?？臻g的不均勻性會(huì)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(huì)導(dǎo)致不均勻的光吸收和發(fā)射，而結(jié)晶度的差異會(huì)影響電荷的輸運(yùn)性質(zhì)。通過(guò)繪制這些變化的圖譜，研究人員可以識(shí)別和減輕缺陷，從而開(kāi)發(fā)出更高效和可靠的鈣鈦礦設(shè)備。

降解和穩(wěn)定性分析

鈣鈦礦材料以其對(duì)水分、氧和熱等環(huán)境因素的敏感性而聞名，這些因素會(huì)導(dǎo)致降解和不穩(wěn)定。顯微光譜技術(shù)是監(jiān)測(cè)鈣鈦礦材料在不同環(huán)境條件下的光學(xué)性質(zhì)變化的關(guān)鍵。通過(guò)研究這些性質(zhì)是如何演變的，研究人員可以深入了解其降解機(jī)制，并設(shè)計(jì)策略來(lái)提高鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性。例如，隨著時(shí)間的推移，監(jiān)測(cè)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(yīng)激導(dǎo)致的發(fā)光效率的損失。

薄膜厚度測(cè)量

薄膜厚度的精確測(cè)量對(duì)于優(yōu)化鈣鈦礦基器件的性能至關(guān)重要，因?yàn)楸∧ず穸葧?huì)顯著影響該材料的光學(xué)和電子性能。顯微光譜學(xué)可以通過(guò)分析光譜中的干涉圖案來(lái)精確測(cè)量鈣鈦礦薄膜的厚度。這些信息對(duì)于設(shè)計(jì)具有層厚度的設(shè)備以獲得性能至關(guān)重要。例如，在太陽(yáng)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(shí)確保有效的電荷傳輸。

現(xiàn)場(chǎng)和操作研究

將顯微光譜學(xué)與其他技術(shù)相結(jié)合，如環(huán)境室或電化學(xué)細(xì)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(duì)于理解鈣鈦礦材料在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中或在不同環(huán)境條件下發(fā)生的動(dòng)態(tài)過(guò)程至關(guān)重要。例如，原位顯微光譜學(xué)可用于監(jiān)測(cè)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制造過(guò)程中光學(xué)特性的演變，為工藝優(yōu)化提供實(shí)時(shí)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(shí)條件下的性能和穩(wěn)定性提供見(jiàn)解。

結(jié)論

CRAIC紫外-可見(jiàn)-近紅外顯微分光光度計(jì)已被證明是鈣鈦礦材料高級(jí)表征的有力工具。在微尺度上進(jìn)行詳細(xì)光學(xué)分析的能力增強(qiáng)了對(duì)這些材料特性的理解，推動(dòng)了基于鈣鈦礦的技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新。研究人員和開(kāi)發(fā)人員可以利用這種技術(shù)來(lái)優(yōu)化材料質(zhì)量，提高器件性能，并加快鈣鈦礦光電子技術(shù)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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