非接触式亚微米O-PTIR光谱成像技术研究Ruddlesden-Popper混合钙钛矿边缘的形成

低能量边缘光致发光的研究，对提高Ruddlesden-Popper钙钛太阳能电池效率有着十分重要的影响和意义。在本篇研究中，电子科技大学王志明教授课题组与Photothermal Spectroscopy Corp公司合作，使用O-PTIR技术及新一代的非接触亚微米分辨红外拉曼同步测量系统mIRage研究MAPbBr₃在(BA)₂(MA)₂Pb₃Br板边缘分布情况。本研究使用O-PTIR技术探测具有以下优势：首先(BA)₂(MA)₂Pb₃Br₁₀和MAPbBr₃之间由于缺少BA，因此其红外光谱具备显著的差异；其次，这种非接触式探测能够有效避免样品高度，探针污染所带来的问题；另外，无论是BA缺陷，还是BA对MA的比例已有使用FTIR光谱研究的报道，具备良好的基础。

图1  O-PTIR观测边缘的MAPbBr₃的红外光谱信息。(a)(BA)₂(MA)_n-1 b_n br_3n+1(n = 1，2，3，∞)钙钛矿的红外光谱；（b-c）(BA)₂(MA)₂Pb₃Br₁₀和MAPbBr₃的中MA⁺分子在1480 cm^-1 (b)和BA⁺分子 1580 cm^-1 (c)的图谱；(d) (BA)₂(MA)₂Pb₃Br₁₀的PL图像；(e)在(d)中所示的中心区域和边缘的红外光谱图

通过O-PTIR的测量（图1），能够观测到随着BA的含量降低，~1580 cm^-1处的峰的相对强度减小，峰值伴随着向1585 cm^-1的峰值偏移。这主要是由于(BA)₂(MA)₂Pb₃Br₁₀在1580 cm^-1附近有两个涉及NH₃振动的红外吸收带:一个在1575 cm^-1处(BA⁺)，另一个在1585 cm^-1处(MA+)。当BA含量降低时，1575 cm^-1处的带强度降低，导致峰值强度在约1580 cm^-1处降低，并伴随向1585 cm^-1偏移。在测试中观测到的另外一个现象为~1480 cm^-1与~1580 cm^-1的相对强度比增大，因为1478 cm^-1的振动(CH₃振动)仅与MA⁺相关，因此~1480 cm^-1的强度没有变化，而1580 cm^-1却由于BA含量降低而降低，导致比值的降低。