低能量邊緣光致發(fā)光的研究對(duì)提高Ruddlesden-Popper鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率有著十分重要的影響和意義。然而對(duì)其機(jī)制的研究卻直面臨著巨大挑戰(zhàn)：（1）材料的結(jié)構(gòu)難以確定；（2）理論模型與觀測(cè)結(jié)果始終不致。因此，尋找可靠、有效的表征手段對(duì)于揭示相關(guān)機(jī)制有著至關(guān)重要的意義。

    紅外光譜對(duì)于有機(jī)物的變化十分敏感，在有效探知電池材料的分布變化方面具有天然的勢(shì)。近期，Photothermal Spectroscopy Corp公司研發(fā)推出的新代的非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測(cè)量系統(tǒng)-mIRage在此研究中脫穎而出，該技術(shù)采用激光探針，能夠?qū)悠返谋砻鎸?shí)行非接觸式光熱紅外探測(cè)，具備亞微米的空間分辨率并且無(wú)邊緣散射問(wèn)題。

    近日，電子科技大學(xué)王志明教授課題組與Photothermal Spectroscopy Corp公司合作，使用新代的非接觸亞微米分辨紅外拉曼同步測(cè)量系統(tǒng)-mIRage研究MAPbBr3在(BA)2(MA)2Pb3Br板邊緣的分布情況。在此項(xiàng)研究中，所測(cè)試的(BA)2(MA)2Pb3Br10和MAPbBr3之間缺少BA，使其紅外光譜有顯著差異；同時(shí)無(wú)論是BA缺陷，還是BA對(duì)MA的比例都已有使用FTIR光譜研究的報(bào)道，因此具備良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。進(jìn)步使用O-PTIR技術(shù)進(jìn)行非接觸式探測(cè)，有效避免了樣品高度，探針污染所帶來(lái)的問(wèn)題，使得結(jié)果更加精準(zhǔn)。

    通過(guò)使用mIRage的測(cè)量（圖1），能夠觀測(cè)到隨著BA含量的降低，~1580 cm^-1處的峰相對(duì)強(qiáng)度減小，峰值伴隨著向1585 cm^-1的峰值偏移。這主要是由于(BA)₂(MA)₂Pb₃Br₁₀在1580 cm^-1附近有兩個(gè)涉及NH₃振動(dòng)的紅外吸收帶:分別為1575 cm^-1處(BA⁺)和1585 cm^-1處(MA⁺)。當(dāng)BA含量降低時(shí)，1575 cm^-1處的帶強(qiáng)度降低，導(dǎo)致峰值強(qiáng)度在約1580 cm^-1處降低，并伴隨向1585 cm^-1偏移。在測(cè)試中觀測(cè)到的另外個(gè)現(xiàn)象為~1480 cm^-1與~1580 cm^-1的相對(duì)強(qiáng)度比增大，這是由于1478 cm^-1的振動(dòng)(CH₃振動(dòng))僅與MA⁺相關(guān)，因此~1480 cm^-1的強(qiáng)度沒(méi)有變化，而1580 cm^-1卻由于BA含量降低而降低，導(dǎo)致比值的降低。上述結(jié)果清晰地顯示了MAPbBr₃在(BA)₂(MA)₂Pb₃Br板邊緣的組成分布情況。由此可見(jiàn)，mIRage 的O-PTIR技術(shù)在電池低能量邊緣光致發(fā)光的研究中有十分理想的效果，應(yīng)用前景廣闊。

圖1. O-PTIR觀測(cè)邊緣的MAPbBr3的紅外光譜信息。(a)(BA)₂(MA)_n-1 b_n br_3n+1(n = 1，2，3，∞)鈣鈦礦的紅外光譜。（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)的圖譜；(d) (BA)₂(MA)₂Pb₃Br₁₀的PL圖像。(e)在(d)中所示的中心區(qū)域和邊緣的紅外光譜圖

參考文獻(xiàn)：

[1] Zhaojun Qin, Shenyu Dai et al., Spontaneous Formation of 2D/3D Heterostructures on the Edges of 2D Ruddlesden-Popper Hybrid Perovskite Crystals, Chemistry of Materials, DOI: 10.1021/acs.chemmater.0c00419.