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本研究由西安航空学院材料工程学院的于嫚、谢国鑫、赵肖娟和李兆共同完成，发表于《光谱学与光谱分析》期刊（”光谱学与光谱分析”）2021年第3期。该研究聚焦于纳米氧化锌对钙钛矿薄膜本征性能和光谱性能的影响。

研究背景涉及有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池领域。这类电池因具备优异的光电特性、低廉的制备成本和高效的转换效率而成为光伏领域的热点。电子传输层作为钙钛矿电池的核心部分，起到提取和传输光生载流子的作用，并抑制电荷复合。然而，传统刚性电子传输层需要高温烧结，限制了其在柔性器件中的应用。因此，开发适用于柔性钙钛矿光伏器件的柔性电子传输层是亟待解决的问题之一。纳米氧化锌因其合适的能级、高电子迁移率及低温制备优势，被广泛应用于光伏器件中作为电子传输层。

研究工作通过旋涂法和静电纺丝法制备了刚性和柔性纳米氧化锌电子传输层，并确定了静电纺丝法制备柔性纳米氧化锌的最佳工艺。随后，利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、紫外可见分光光度计和稳态/瞬态荧光光谱系统，研究了刚性和柔性纳米氧化锌对钙钛矿薄膜形貌、结构和光谱性能的影响。

实验流程分为以下几个步骤：
1. 基底制备：使用醋酸锌和甲醇溶液制备氧化锌旋涂液，通过旋涂法制备刚性纳米氧化锌基底；以醋酸锌为锌源，聚乙烯醇和去离子水为溶剂，冰醋酸为水解抑制剂，配制不同浓度的静电纺丝前驱液，通过静电纺丝法制备柔性纳米氧化锌基底。两种基底均在450°C下退火处理。
2. 钙钛矿薄膜制备：选择有机源MAI（碘化甲胺）和无机源PbI₂制备钙钛矿前驱体溶液，将其旋涂于空白FTO（氟掺杂氧化锡）基底、刚性纳米氧化锌基底（R:ZnO）和柔性纳米氧化锌基底（F:ZnO）上，旋涂后在100°C下退火10分钟。
3. 表征测试：使用SEM观察钙钛矿薄膜的形貌；采用XRD分析晶体结构；利用紫外可见吸收光谱测量光谱吸收特性；通过稳态荧光光谱和瞬态荧光光谱研究光致发光特性和界面电荷分离效率。

研究结果表明：
1. 形貌分析：钙钛矿薄膜的形貌对基底纳米氧化锌的形貌依赖性强。基于刚性纳米氧化锌的钙钛矿薄膜呈现树枝状排列，分布均匀；而基于柔性纳米氧化锌的钙钛矿薄膜则沿管壁均匀生长，表现出鸟巢状结构。
2. 晶体结构分析：基于刚性和柔性纳米氧化锌的钙钛矿薄膜具有相同的晶体结构，特征衍射峰分别对应(100)、(110)和(200)晶面，表明基底对晶体结构影响较小。
3. 光谱性能分析：两种基底的钙钛矿薄膜在紫外可见吸收光谱中表现出相似的吸收带边（约750 nm），且稳态荧光光谱均显示特征发射峰位于780 nm附近。此外，刚性和柔性纳米氧化锌基底均显著猝灭钙钛矿薄膜的光致发光，其中刚性基底的荧光猝灭效率为95%，柔性基底为91%。
4. 界面电荷分离效率：通过瞬态荧光动力学数据分析，计算得出刚性纳米氧化锌基底的界面电荷分离效率为75%，柔性纳米氧化锌基底为65%。这表明柔性纳米氧化锌具备一定的界面电荷分离能力。

研究结论指出，柔性纳米氧化锌可通过静电纺丝法制备，并具备较高的荧光猝灭能力和一定的界面电荷分离效率。尽管其性能略逊于刚性纳米氧化锌，但柔性纳米氧化锌仍有望成为新型柔性电子传输层，为柔性钙钛矿太阳能电池的设计提供新思路。这一研究成果不仅揭示了电子传输层与钙钛矿薄膜形貌、结构和物理性能之间的联系，还为推动钙钛矿光伏技术的应用提供了重要参考。

研究亮点包括以下几点：
1. 柔性基底的开发：首次尝试并验证了柔性纳米氧化锌在柔性钙钛矿光伏器件中的应用潜力。
2. 制备工艺优化：通过静电纺丝法成功制备了具有鸟巢状结构的柔性纳米氧化锌基底。
3. 综合性能评估：系统对比了刚性和柔性纳米氧化锌对钙钛矿薄膜形貌、结构和光谱性能的影响，为柔性电子传输层的设计提供了理论依据。

此外，研究还强调了柔性钙钛矿光伏器件在未来产业化中的重要性，并提出进一步优化柔性基底性能的方向，例如改善缺陷密度和提高电荷传输效率。这些改进将有助于提升柔性钙钛矿太阳能电池的整体性能，促进其在便携式和柔性电子设备中的广泛应用。