1. 소개

최근 몇 년간 신에너지 분야에서 주목받는 신흥 기술로 주목받는 페로브스카이트 솔라 셀스(Perovskite Solar Cells·PSCs)는 칼슘티타늄 광형 유기금속 할로겐화물 반도체를 흡광재로 사용하는 3세대 태양전지에 속한다.칼슘 티타늄 태양 전지는 비교적 좁은 대역 갭을 가지고 있기 때문에 더 넓은 스펙트럼 범위의 태양 빛을 흡수하여 더 높은 에너지 전환 효율 (PCE) 을 달성 할 수 있습니다.

많은 칼슘 티타늄 재료 중 헤모글로빈 요오드 (FAPbI3, 분자식 CH5N2PbI는3) 전통적인 메틸아민 납 요오드 (MAPbI) 에 비해3) 더욱 좁은 대극, 더욱 우수한 열안정성 및 더욱 강한 광흡수능력을 갖고있어 제3세대 칼시움티타늄광 태양광재료의 대표로 간주되여 뚜렷한 응용잠재력을 보여주고있다.

그림1. 칼슘 티타늄 태양 전지의 구조와 운행 기리 설명도

2.FAPbI3결정 구조

FAPbI는3다결정형 결정 재료로, 입방광활성상(α-FAPbI)을 포함한 네 가지 결정상이 넓은 상변온도(Tc) 범위 내에 존재한다3), 육방 비광활성상(델타 - FAPbI)3)와 두 가지 저온광 활성상, 즉 사방상(베타-FAPbI)3) 및 직교상(감마-FAPbI)3）。그러나 입방광 활성은 열역학 아온화 상태와 함께 390K보다 높은 상변 온도에서만 형성된다.온도가 Tc보다 높을 때, FA 양이온의 회전 운동으로 인한 엔트로피 이득은 입방상의 깁스 자유 에너지를 육방상의 깁스 자유 에너지보다 훨씬 낮게 낮추어 입방상을 형성한다.실온으로 냉각될 때 FA 양이온은 6자상 중 우선적으로 정해지는데, 이때 더 높은 깁스의 자유에너지를 가진 입방상은 상변 에너지 루를 쉽게 극복하고 자발적으로 저에너지의 6자상으로 전환할 수 있다.고효률적이고 안정적인 칼시움티타늄광태양광부품에서 반드시 이런 립방상에서 육방상으로의 전환을 억제해야 한다.

그림 2. FAPbI3결정 구조 설명도 (a) 총 꼭대기에 연결된 입방 알파상;(b) 공통면으로 연결된 육방델타상

3. XRD의 칼슘 티타늄 박막 재료에서의 응용

XRD (X선 연사) 는 칼슘 티타늄 박막 재료 연구의 핵심 표징 수단으로, 정확한 연사봉 위치와 강도를 측정하여 칼슘 티타늄 광산의 수정상 (예: 광활성 알파상과 비활성 델타상), 양적 순도를 빠르게 감별할 수 있으며, 퇴화, 광조 등 조건에서의 상변 동력학 과정을 추적할 수 있다;피크 분석 (예: 반고폭, 응변 오프셋) 과 결합하여 박막의 결정 입자 크기, 결정 응력 및 결함 밀도를 평가할 수 있으며, 용제 공정, 첨가제 조정과 같은 제조 공정을 최적화하기 위해 핵심 구조 근거를 제공하며, 칼슘 티타늄 광 태양광 부품의 효율과 안정성을 향상시키는 데 대체할 수 없는 역할을 발휘한다.

4. 응용사례

(1) 샘플/샘플

본 실험은 쑤저우랑성과학기기유한공사의 FRINGE EV 데스크톱식 X선 연사기를 채용하여 모 회사가 제공한 칼슘티타늄광 샘플 (가루, 바이나노급 박막) 을 검측한다.

그림3. 측정 대기 칼슘 티타늄 광박막 샘플 사진

(2) 매개변수 설정 테스트

(3) 테스트 스펙트럼

그림 4. PVK 분말의 연사 스펙트럼

그림 5. PVK 필름-1의 연사 스펙트럼

그림 6. PVK 필름-2의 연사 스펙트럼

그림 7. PVK 필름-3의 연사 스펙트럼

그림 8. FAPbI3 칼슘 티타늄 PVK 샘플 연사 스펙트럼 중첩 및 결정형 정성 결과

(4) 테스트 결과

파도소리 과학을 사용한 데스크톱 X선 연사기 FRINGE EV는 그림 7-10과 같은 칼슘 티타늄 샘플을 테스트했다.중첩연사도보는 그림11과 같이 14.08 ° (110), 28.24 ° (220) 와 31.62 ° (310) 에 있는 연사봉은 칼슘티타늄광상의 특징봉으로 모든 샘플에서 칼슘티타늄광정체의 형성을 잘 반영할 수 있다.또한 PVK 분말 연사 스펙트럼은 순수한 칼슘 티타늄 알파-FAPbI로 표시됩니다.3. 그리고 PVK 필름-1은 10.19 ° 에서 작은 봉우리가 나타났는데, 귀속된 델타 -FAPbI3의 (010) 결정면입니다.PVK 필름-2, PVK 필름-3는 12.8 ° 에서 추가 소봉을 명확하게 관찰할 수 있으며, 미반응 PbI로 확정할 수 있다2의 (001) 결정면입니다.동시에 세 개의 PVK 박막 샘플 모두 FTO 유리의 연사봉인 SnO가 매우 뚜렷하게 나타났다2(110), (101) 및 (200) 결정면, 이는 PVK 필름이 FTO 유리에 부하되고 FTO 유리의 회절 신호도 수집되기 때문입니다.

5. 결론

XRD는 재료 과학 연구에서 매우 중요한 표징 수단이다.파도소리과학의 데스크톱식 X선연사기는 칼슘티타늄광박막의 재료연구개발, 공예조정, 품질관리통제 등 방면에 강유력한 데터지지를 제공할수 있다.