关于卤化铅钙钛矿的XPS数据是如何被误读的

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编者按

当前，钙钛矿材料的研究吸引了全世界大量科研人员的关注。X 射线光电子能谱 (XPS) 是研究钙钛矿材料组分之间相互作用的一种常用表征手段，但是 XPS 实验数据的规范使用和分析却经常容易被忽略。就此问题，不少文献都进行了相关探讨，如 Chemistry of Materials, 2017,29, 1964–1988; Advanced Energy Materials, 2020,10, 1904007; Journal of Applied Physics, 2022,132, 011101 等等。

最近发表于MCF上的一篇观点类型文章，Lessons learned: how to report XPS data incorrectly about lead-halide perovskites，专门针对卤化铅钙钛矿太阳能电池研究中一些常见的 XPS 解析误区进行了梳理和分析，以期帮助大家正确认识和使用这一技术，促成更多优秀科研成果的产生。

Lessons learned: how to report XPS data incorrectly about lead-halide perovskites

Chi Li, Ni Zhang and Peng Gao

Mater. Chem. Front., 2023, Advance Article

https://doi.org/10.1039/D3QM00574G

*文中图片皆来源上述文章

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研究背景

钙钛矿太阳能电池 (PSCs) 由于高光电转化效率、相对较低的制备成本和更简单的制造工艺，已成为取代占主导地位的硅太阳能电池的最有前途的候选者。为了克服 PSCs 较差的长期稳定性，通常采用针对不同缺陷来源的添加剂或表面处理 (即钝化)。在这方面，不同的添加剂与钙钛矿中的组分之间的相互作用可以很容易地通过 X 射线光电子能谱 (XPS) 来定性和定量地揭示。在 PSCs 的研究中，Pb 4f 谱的化学位移是验证钙钛矿与添加剂官能团相互作用的最常用信号。理论上，根据官能团的性质 (受电子或给电子)，Pb 4f 谱向高 EB 方向移动是由于铅原子上电子密度的降低，而向低 EB 方向移动则是相反情况的结果。不幸的是，随着 XPS 技术在钙钛矿太阳能电池中的广泛应用，一些文献对 Pb 4f 光谱的偏移进行了错误或不充分的分析，原因是对化学偏移的原因缺乏了解。

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文章内容

近日，中国科学院福建物质结构研究所高鹏研究员课题组在 Chemistry Frontiers 文章中概述了 XPS 中 Pb 原子化学位移的基本原理，并批判性地回顾了文献中常见的错误：i. 对 XPS 机理的误解; ii. 因化学环境紊乱造成的误解; iii. 对钝化剂的特性缺乏认识; iv. 错误引用的参考文献。

图1涉及 XPS 技术应用于 PSCs 的出版物数量。应用 XPS 技术分析钙钛矿太阳能电池越来越受欢迎。

图2Pb 原子上的电子密度与化学位移的关系示意图。

化学状态(化学环境)的变化可以反映在释放的光电子能量的位移上，原子周围的电子密度越高，源于其核心能级的光电子的 EK 越高，因此光谱中相应的 EB 峰的化学位移越低。在 PSCs 的研究中，Pb 4f 光谱的化学位移是验证钙钛矿与添加剂官能团之间相互作用的最常用信号。理论上，根据官能团的性质（接受电子或给予电子），Pb 4f 向高 EB 的移动是由于 Pb 原子上电子密度的降低，而向低 EB 的移动是相反情况的结果。

图3互相矛盾的分析案例。

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总结展望

正如亚里士多德所说，“一个人可能在许多不同的方面出错，但只有一个方面是正确的，这就是为什么它容易失败而难以成功”，因此有必要直接指出无意识的不恰当 XPS 分析，作者希望这种概述可以帮助研究人员避免在应用 XPS 技术来解释他们的实验结果时出现的误区。

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通讯作者简介

高鹏研究员

中国科学院福建物构所

高鹏，中国科学院福建物质结构研究所研究员，博士生导师。于 2010 年毕业于德国马普高分子研究所并获得化学博士学位。2011-2015 年于洛桑联邦理工学院从事博士后工作，专注于近红外吸收染料及杂化钙钛矿材料设计合成。

2017 年 1 月筹建先进功能材料实验室（LAFM），担任研究员和课题组长，专注于用化学手段与稀土元素相结合制备新型半导体材料并应用于能源转换器件。持续获得厦门市双百人才计划，福建省百人计划等人才项目资助。累计发表 SCI 期刊原创性论文与综述 190 多篇，受邀撰写书章节 6 部。其中部分研究成果以第一/通讯作者身份发表在 J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv. Energy Mater.、Chem. Mater.、Nature Commun. 等权威期刊，多篇论文被选为期刊封面或热点论文。截止目前根据 google scholar 统计，个人 SCI H-index 为 71，文章总引用 38000 余次。2018 年-2022 年连续四年获评 Clarivate Analytics 全球交叉学科领域“高被引科学家”。

先进功能材料实验室（LAFM）长期招聘有科研热情和半导体材料合成表征经验（太阳电池，晶体管，热电等）的博士后，有仪器搭建经验者优先。课题组的信条是“探索未知，突破极限，艺术科学”。

课题组网页：https://www.x-mol.com/groups/gao_peng

联系邮箱：peng.gao@fjirsm.ac.cn

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