近年来，钙钛矿半导体资料的开展对光转化使用的开展发生了显着的积极影响，现在已在场发射晶体管、太阳能电池、光通讯、X射线勘探、激光器等范畴锋芒毕露。其间，钙钛矿太阳能电池以其愈加清洁、便于使用、制作成本低和功率高级显着长处，敏捷成为世界上科研和工业重视的热门。要完成此类器材的市场化使用需求进一步处理钙钛矿薄膜质量难以操控、缺点态密度高以及器材迟滞效应等一系列问题。鉴于此，中国科学院上海高级研讨院杨迎国等依托上海光源XRD线站，建立了先进的有机、钙钛矿光伏薄膜和器材制备及测验体系，构成了具有同步光源特征的薄膜外表衍射剖析办法和在线同步辐射原位研讨设备，在钙钛矿膜层结晶调控、结晶动力学进程、界面工程等方面取得了一些具有同步辐射光源特征的研讨效果。
（1）高效碳量子点助力高效安稳钙钛矿太阳能电池
根据对钙钛矿半导体薄膜结晶动力学进程、外表钝化工艺的前期研讨（Nano Energy, 2018,48,10；ACS applied materials & interfaces,2017, 9, 23141, etc），上海高研院博士杨迎国（一作和通讯作者）、研讨员快乐宇（通讯作者）与南京工业大学教授陈永华（通讯作者）等规划了一种赤色碳量子点（RCQs）掺杂低温溶液加工的半导体氧化物传输层SnO2，使SnO2的电子搬迁率由9.32 × 10-4cm2V-1s-1增加到1.73 × 10-2cm2V-1s-1。所得搬迁率是改性SnO2的电子搬迁率已报导的最高值之一。赤色碳量子点掺杂的SnO2（SnO2-RCQs）为电子传输层的钙钛矿太阳能电池功率到达 22.77%；这种钙钛矿太阳能电池在25℃、湿度为40–60%的条件下作业1000h后，功率为其初始功率的95%以上。如图1所示，根据同步辐射掠入射XRD面扫描和TRPL 面扫描研讨发现，该办法能够一起完成高搬迁率的电子传输层和钙钛矿膜基层界面处的缺点钝化，构成大面积高质量的钙钛矿薄膜，办法简略易行，合适器材的大规模出产制备，可为进一步提高钙钛矿电池功率和安稳性供给重要辅导。这些功能一方面归因于SnO2-RCQs极高的电子搬迁率，另一方面归因于改性的ETL促进钙钛矿前驱体构成大面积高质量的钙钛矿结晶膜，这标明廉价的碳量子点是制备高效ETL的简略而超卓的资料。上述效果宣布在世界期刊《先进资料》（Advanced Materials，2019, 1906347）上。
（2）聚合物“补缀”钙钛矿晶粒完成高效安稳柔性太阳能电池
溶液法制备的钙钛矿薄膜中不只晶粒间彼此左右较弱，其脆性比较显着，并且晶界空隙多，简单引起很多缺点，构成很多载流子复合，从而大幅下降器材功率和安稳性。
针对这一典型问题，杨迎国（一作）、快乐宇等与苏州大学廖良生、王照奎课题组博士李萌（一作）、德国赫姆霍兹国家试验室Antonio Abate（通讯作者）等协作，经过在钙钛矿前驱体溶液引进富含不饱和有机基团的富勒烯衍生物C-PCBOD，并结合紫外光进行钙钛矿晶粒的光铰联，完成了钙钛矿晶粒间的有用链接和薄膜内部缺点的有用钝化。根据同步辐射掠入射XRD和小角散射发现，光铰联构成的钙钛矿薄膜晶粒尺度更大且晶面择优取向更好，从薄膜外表到体的晶粒尺度散布更均一，是器材功率大幅提高的关键因素。根据同辐射湿度试验和外载力条件下的同步辐射原位拉伸和曲折试验，研讨人员发现光铰联后的钙钛矿薄膜的机械安稳性更好，器材功率能够很好坚持首要归因于薄膜较好的结构安稳性，合适大面积柔性器材工业化开展。相关作业宣布在Advanced Materials（2019, 1901519）上。
（3）钙钛矿半导体薄膜使用新发现：巨磁阻效应和出色的室温自旋传输长度
近些年，自旋电子学是最活泼的研讨范畴之一，不只因为它在信息工业中有着重要的使用远景，并且也是凝聚态物理、资料科学的一个前沿方向。与它有关的一个重要发现是巨磁阻效应，法国科学家阿尔贝·费尔和德国科学家彼得·格林贝格尔因别离独立发现这一效应而一起取得2007年的诺贝尔物理学奖。正是得益于这项技能，硬盘在近年来敏捷渐渐的变小，引发了硬盘的"大容量、小型化"革新。用自旋电子来进行信息的调制、传输、处理与存储，具有现在传统半导体电子器材无法比拟的优势，例如运转速度更快、安稳性更高、耗能更低一级许多优势。但是，自旋电子学的使用面临着三大应战：自旋的发生和注入、自旋的长程输运以及自旋的调控和勘探。这样一些问题的处理将首要依赖于规划具有特定性质的百分百自旋注入的半金属铁磁资料及优异的自旋输运资料。因为钙钛矿半导体薄膜具有出色的室温载流子搬迁速率和搬迁长度（微米量级），因而这类资料极有或许具有优胜的室温自旋传输才能，但是现在很少有相关报导。
根据钙钛矿膜层结晶调控、结晶动力学进程、界面工程等方面的全面了解和工艺探究，杨迎国（一作和通讯作者）、快乐宇（通讯作者）等与中科院合肥物质科学研讨院强磁场科学中心熊益敏课题组博士曹亮（通讯作者）协作，经过制备三层Ni80Fe20(Py)/CH3NH3PbCl3xIx/Pt器材和自旋阀器材
Ni80Fe20(Py)/CH3NH3Pb Cl3xIx/AlOx/Co，使用逆自旋霍尔效应和变温磁场体系研讨了钙钛矿半导体薄膜的自旋传输和巨磁阻效应，得到了室温下61 ± 7 nm的自旋传输长度和显着的巨磁阻效应（如图3所示）；同步辐射GIXRD等表征发现，钙钛矿半导体薄膜中这一出色的电子自旋传输现象的发现首要归因于薄膜中高度有序取向的晶粒和晶界处的Rashba 自旋劈裂等。这些发现标明，钙钛矿半导体薄膜资料可当作十分有吸引力的自旋电子资料，有助于推进有机/无机钙钛矿自旋电子学的开展。相关作业宣布在世界期刊J. Phys. Chem. Lett.（2019, 10, 4422）上。
图1 同步辐射掠入射XRD和TRPL面扫描研讨钙钛矿半导体薄膜结晶与缺点
图2 同步辐射掠入射XRD提醒钙钛矿半导体薄膜的晶界改性与器材功能相关
图3 （a）钙钛矿资料使用于自旋阀器材。（b）逆自旋霍尔效应提醒钙钛矿半导体薄膜出色的室温自旋传输。
来历：中国科学院上海高级研讨院
