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再发2篇 Science，TESCAN TOF-SIMS 电镜质谱联用系统助力上交大

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#Science

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分享： 2020/01/10 13:36:35

被誉为“东方麻省理工”，又有着“清北复交”美誉之一的上海交通大学，在刚刚过去的2019年度，上海交通大学在 Science 上又发表了2篇高质量文章，分别为韩礼元教授团队构建稳定异质结结构提高钙钛矿太阳电池的稳定性、赵一新团队的无机钙钛矿太阳能电池最新研究成果。

Science：韩礼元教授团队构建稳定异质结结构提高钙钛矿太阳电池的稳定性

上海交通大学韩礼元教授领导的科研团队多年来致力于新型太阳能电池研究,近来在钙钛矿太阳能电池领域屡获佳绩。2019年，上海交通大学的韩礼元教授和杨旭东研究员（共同通讯作者）发表了关于钙钛矿的最新研究成果“Stabilizing heterostructures of soft perovskite semiconductors”（《稳固结构柔弱的钙钛矿半导体异质结》）。

为解决钙钛矿稳定性问题，韩礼元教授团队设计制备了具有稳固结构的钙钛矿异质结结构。该结构主要包含一层表面富铅钙钛矿半导体薄膜，并在薄膜表面沉积氯化氧化石墨烯薄膜，通过形成氯-铅键、氧-铅键将两层薄膜结合在一起。光学、电学等表征实验结果表明，该异质结结构稳定，可以有效减少钙钛矿半导体薄膜的分解和缺陷的产生，同时也减少了逃逸离子对电荷传输层功能性的破坏。具有该异质结结构的钙钛矿太阳能电池，在一个标准太阳光光强和60 ℃条件下连续工作1000小时的后，仍然保有初始效率的90%，而且电池的稳态输出效率通过了国际公认电池评测机构-日本产业技术综合研究所（AIST）光伏技术研究中心的认证。

文章信息：

Stabilizing heterostructures of soft perovskitesemiconductors(Science，2019，DOI: 10.1126/science.aax8018)

文章链接：

https://science.sciencemag.org/content/365/6454/687

Science：赵一新团队的无机钙钛矿太阳能电池最新研究成果

赵一新团队和洛桑联邦理工学院Gr?tzel团队、冲绳理工大学戚亚冰团队提出了裂纹界面工程方法。不同于之前仅能对钙钛矿上表面进行钝化修饰的常规界面工程，裂纹填充界面工程在对β-CsPbI₃上表面进行处理的同时，还可利用初始β-CsPbI₃薄膜中存在的孔洞、缺陷等进行填充，通过这些微通道使碘化胆碱均匀分布于β-CsPbI₃上下表层和内部，可以实现钙钛矿全方位的修饰改性。这些全方位分布的碘化胆碱不但全面钝化了β-CsPbI₃层缺陷，而且优化了β-CsPbI₃与电荷传输层之间的能级匹配，从而大幅度改善了器件的光伏性能。最终，基于缺陷修复和能级优化后的β-CsPbI₃全无机钙钛矿电池获得了>18%光电转换效率，经中国计量院第三方认证的最高效率18.3%，是当前无机钙钛矿太阳能电池的最高值。

图4 β-CsPbI3 全无机钙钛矿材料和结构表征

图5 裂纹填充界面工程处理后β-CsPbI₃全无机钙钛矿

文章信息：

Thermodynamically stabilized β-CsPbI₃–basedperovskite solar cells with efficiencies >18%（Science,2019,DOI: 10.1126/science.aav8680）

文章链接：

https://science.sciencemag.org/content/365/6453/591

这两篇在 Science 发表的研究成果都用到了 TESCAN 双束电镜-飞行时间二次离子质谱联用系统的分析结果。TESCAN 公司是全球第一家把飞行时间二次离子质谱仪（TOF-SIMS）和镓离子（Ga⁺）、氙气等离子（Xe⁺）双束电镜集成并推向市场的仪器厂商，该集成系统具有明显的优势：

测试速度快，一次性可测试整个质量数范围的元素和同位素）
成像质量好
空间分辨率高，利用 FIB 本身的高分辨，使用质谱的Mapping 分析达到纳米级分辨率了
样品制备简单

值得一提的是，和常规的EDS/WDS相比，该系统支持从氢元素开始进行检测，检出限可以达到 ppm量级，能进行同位素的检测，因而可以许多解决常规分析仪器无法检测的问题。

TESCAN双束电镜-飞行时间二次离子质谱联用系统

上海交通大学分析测试中心于2017年和TESCAN建立联合实验室，是国内首家采购了TESCAN 双束电镜-飞行时间二次离子质谱联用系统的高校。分测中心充分利用FIB-SEM与TOF-SIMS联用技术氢、锂全元素分析、高空间分辨率、灵敏度检出限和同位素分析等能力，为校内和社会科研提供支撑，已经取得了丰硕的成果，目前仪器已经运行1年半，支持文章发表24篇，累计影响因子达218.9。