扫描探针显微镜 (SPM) 为人们对太阳能电池材料的纳米级和微米级特性以及光伏和光电技术的基本工作原理提供了重要的新见解。新南威尔士大学的Jincheol Kim、Jae Sung Yun和Jan Seidel教授&南方科技大学Jiangyu Li教授团队深入探讨了扫描探针显微镜（SPM）技术在卤化物钙钛矿太阳能电池研究中的应用。提供了SPM测量能力的概述，展示了对钙钛矿太阳能电池材料的形貌、电子特性、化学特性和机械特性的深入理解。包括原子力显微镜、Kelvin探针力显微镜、导电原子力显微镜、压电响应力显微镜和扫描近场光学显微镜，研究了钙钛矿材料的电学、光学和化学特性。这些研究不仅提高了对太阳能电池器件加工和合成的理解，而且与SPM研究紧密协同，推动了该领域的进步。
图1. a) 和 b) 分别展示了经过148小时光照后的OAI或OAI/Al2O3钝化层在钙钛矿表面的形貌和KPFM特征。c) 展示了MAPbBr3单晶钙钛矿在黑暗和光照条件下的STM图像，突出了偶极取向模式。d) e) 展示了(FAPbI3)0.85(MAPbBr3)0.15钙钛矿层在不同光照和温度条件下的PFM图像。
图2. a-c) 展示了KPFM测量设置、I型和II型晶界的定位以及通过c-AFM对晶界特性的表征。d) 通过2D-PPA钝化改善了晶界的导电性。e) AFM-IR图像验证了使用TPI钝化晶界。
图3. a) 展示了FAPbI3表面缺陷位点的分布示意图。b,c) 展示了有无PEAI层在钙钛矿层表面的形貌和KPFM图像。d-f) 展示了KPFM测量的横截面示意图、KPFM线轮廓显示的电场以及代表OAI和OATsO处理后钙钛矿与Spiro-OMeTAD界面之间的能带图。
图4. a) 展示了钙钛矿结构中离子迁移的机制和原因的示意图。b) 展示了应用电压偏置的KPFM测量设置示意图。c) 展示了(FAPbI3)0.85(MAPbBr3)0.15钙钛矿层在+2和-2 V偏置条件下的形貌和KPFM图像。d) 展示了钙钛矿层在720秒内CPD的时间依赖线轮廓图。e) 展示了归因于离子迁移的迟滞效应的实验证据。f) 展示了s-NSOM测量设置的示意图，以及捕捉离子迁移现象的s-NSOM图像。
图5. a) 展示了MAPbI3因湿度暴露而发生形貌变化的AFM图像，暴露时间长达120分钟。b,c) 展示了FAPbI3因湿度而发生形貌退化以及相应的KPFM图像，以及展示FAPbI3钙钛矿层中水分渗透的示意图。
图6. a,b) 展示了MAPbI3钙钛矿层的KPFM和c-AFM图像。c,d) 展示了从30到80 °C不同温度下的KPFM和c-AFM测量的温度依赖性。e) 展示了在GBs和GIs之间观察到的CPD和光电流变化的线轮廓图。
图7. a-c) 分别展示了控制组、76小时低温光照和室温光照下的形貌、KPFM图像和功函数分布。
图8. a) 展示了MAPbI3的非极性I4/mcm和极性I4cm空间群的示意图，从侧面和顶视图看。b) 展示了通过垂直PFM揭示的MAPI晶体的铁电畴模式。c) 展示了高响应极性域和低响应非极性域的一阶和二阶谐波响应。
图9. 展示了CsFAMA和FAMA钙钛矿的纳米FTIR研究。a,b) 分别展示了CsFAMA钙钛矿的AFM形貌和红外宽带图像。c) 在CsFAMA钙钛矿的不同点收集的点光谱。d-f) 分别展示了FAMA钙钛矿的AFM形貌和红外宽带图像，以及在FAMA样品的不同点收集的点光谱。g) FAMA样品的XRD图案。
图10. 展示了通过扫描探针显微镜研究的卤化物钙钛矿的机械性能。a) 展示了通过扫描探针显微镜研究卤化物钙钛矿的示意图。b) 展示了2D卤化物钙钛矿膜的厚度依赖性平面杨氏模量。c) 展示了Pb-X键和烷基链长度对杨氏模量的影响。d) 展示了在不同晶粒和晶界上的杨氏模量变化，以及光照射后的均匀化。e) 展示了2D (C4H9NH3)2PbBr4钙钛矿的厚度依赖性剪切模量。f) 展示了卤化物钙钛矿的平面杨氏模量随温度变化的情况。g) 展示了在干燥（RH ≤10%，左和右实心条）和潮湿（RH 55%–60%，中间点线条）状态下的杨氏模量变化，以及每个组的干燥和潮湿状态之间的差异百分比值。h) 展示了在光照射下卤化物钙钛矿MAPbI3薄膜中杨氏模量的变化。i) 展示了极长的疲劳寿命和在不同平均应力水平下的不同的韧性。
