利用高光谱成像技术对户外条件下MAPbI3薄膜的时空监测

《ACS Applied Optical Materials》：Spatiotemporal Monitoring of MAPbI3 Films under Outdoor Conditions by Using Hyperspectral Imaging

　　

摘要

铅卤化物钙钛矿薄膜的异质性和环境诱导降解是其实际应用于光伏器件的主要挑战之一，然而传统的空间集成表征技术仍不足以解析这一复杂问题。在此，我们提出高光谱成像（HSI）作为一种非破坏性、空间分辨的诊断平台，用于监测甲胺铅碘（MAPI）薄膜在非受控大气条件下的时空降解过程。通过对 0.754 cm² 分析区域（约 1,400 个像素）进行逐像素 Tauc 分析，实现了对与光活性 MAPI 相、水合中间体 MAPI-H₂O 以及 PbI₂ 降解产物相关的带隙分布在 21 天内的同步追踪。三元相轨迹图揭示，降解过程通过固有的异质性、多路径机制进行。将二胺乙烷作为双功能添加剂引入钙钛矿前驱体溶液（DAE-PVK）中，显著增强了材料稳定性，将 MAPbI₃ 相的稳定性延长至第 10–14 天，并相对于参比薄膜（ref-PVK）延迟了约 1 周的 PbI₂ 形成。这些由 HSI 获得的发现得到了 X 射线衍射、扫描电子显微镜、接触角测量和稳态光致发光的佐证。DAE 的引入促进了约 2.76 倍的晶粒尺寸增长、增强的表面疏水性（接触角：63.8° 对比 50.3°），以及 50 天内的改进的光伏稳定性，其中基于 DAE 的器件保持了初始功率转换效率，而参比器件则损失了约 20%。本工作建立了基于 HSI 的带隙和相映射作为早期诊断策略，用于在完整器件集成之前评估钙钛矿薄膜的稳定性，为设计更耐久的钙钛矿光伏技术提供了一种实用的筛选方法。