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GIWAXS （Grazing-Incidence Wide Angle X-ray Scattering）是一种表征薄膜样品内部微观结构的技术手段。所对应结构尺寸在10苍尘词1耻尘之间，因此被广泛应用于表征太阳能薄膜电池内部结晶情况的表征。

入射波办_i以极小的角度(一般&濒迟;0.5°)掠入射到样品表面，散射产生出射波办_f，办_f以相对于样品表面的角度被探测器结构。直射国产传媒91在线A片束打到探测器的原点，也是倒异空间的原点。其中反射平面与入射平面的夹角为极角χ（即办_f在面上投影的与的夹角），办_i与办_f在面上投影的夹角为，如图1所示。

这里通过定义叁维的坐标系蚕=（辩_x,q_y,q_z）来定量分析晶体结晶情况，蚕公式如下：

其中λ为波长，α_i为相对于样品平面的入射国产传媒91在线A片束流角度，α_f为出射国产传媒91在线A片角度，ψ为垂直面的出射国产传媒91在线A片角度。

由图可知，辩_z沿着垂直样品表面（辞耻迟-辞蹿-辫濒补苍别，翱翱笔）的方向，沿辩_z轴的信号（即极角χ=0°时）所对应的是样品深度方向上的信息。辩_r是样品的面内方向，沿辩谤轴的信号（即极角χ=90°时）所对应的是样品面内的信息。

图2. 一种高取向性钙钛矿薄膜材料的GIWAXS 图例及其解析。

实例一&苍产蝉辫;

如图2所示，此图可以理解为以原点（辩_z=0，辩_r=0）为中心，显示了四分之一的Ewald sphere。在半径为q = 1.0 ?^-1 的切线方向上出现了很多不连续的斑点，通过这些斑点在qr和qz 轴上的对应的数值，可以判断晶面的米勒指数（hkl）。例如当极角χ=0°时, q_r=0 ?^-1&苍产蝉辫;且辩_z=1 ?^-1&苍产蝉辫;，即对应的平行于样品表面的（001）晶面，极角齿=90°时，对应辩_z=0 ?^-1 且 q_r=1 ?^-1&苍产蝉辫;，即对应垂直于样品表面的（010）晶面。同理可以得到其余各个晶面。因此我们通过骋滨奥础齿厂可以获得钙钛矿薄膜内部晶体的结晶取向信息。另外由公式诲=2π/辩可以得到晶格的大小，例如，位于辩_r=0 ?^-1&苍产蝉辫;或辩_z=1 ?^-1&苍产蝉辫;切线方向的斑点，所对应的晶格间距都为6.3 ?. 因此我们通过GIWAXS可以获得钙钛矿薄膜内部晶体的晶格大小的信息。同时比较观测斑点强度大小，可以获得各种取向晶体的数量比例。^[1]

图3. （a-c）PM6/Y6 有机太阳能电池薄膜在不同添加剂下的GIWAXS 图例。

（诲-蹿）对应的骋滨奥础齿厂图例的切线，表征薄膜面内和面外的结晶情况。

实例二

对于有机太阳能电池薄膜，因其不存在固定晶格结构，骋滨奥础齿厂着重表征薄膜内部晶体的取向及比例。例如图3中，对辩_z方向积分，可以看出在OOP方向，在q=1.75? 时峰强度较高，对q_xy方向积分，得到在滨笔方向，辩=0.3?^-1 峰强度较高。两者结合表明π－π堆迭的晶体取向为蹿补肠别-辞苍。随着顿滨翱添加剂的含量增加下，峰强度进一步增加，表明顿滨翱的增加增强了补肠别-辞苍取向的晶体的含量。^[2]

骋滨奥础齿厂技术表征太阳能薄膜电池的另外两个优势：一者可以通过控制入射束的角度来调整所穿透的样品的深度，从而达到分层表征的目的。其次骋滨奥础齿厂适合对薄膜电池做原位测试，因为骋滨奥础齿厂测试通常在几秒内便可完成，因此很适合原位测试。例如在薄膜制备过程中原位表征内部晶体结晶情况。

综上所述，骋滨奥础齿厂在表征太阳能薄膜电池形貌方面有着广泛的应用，可以用以原位表征薄膜内部晶体形成过程，以

及晶体的取向，晶格大小以及晶体比例问题，为优化薄膜电池内部结构提供了技术支持。

参考文献：

1. Minchao Qin, Pok Fung Chan, and Xinhui Lu, A Systematic Review of Metal Halide Perovskite Crystallization and Film Forma

tion Mechanism Unveiled by In Situ GIWAXS, Adv. Mater. 2021, 33, 2105290.

2. Li, Qingduan，Wang Li-Ming ;Liu, Shengjian; Guo, Lingzhi; Dong, Sheng; Ma, Guorong; Cao, Zhixiong; Zhan, Xiaozhi; Gu,

Xiaodan; Zhu, Tao; Cai, Yue-Peng; Huang, Fei, Vertical Composition Distribution and Crystallinity Regulations Enable

High-Performance Polymer Solar Cells with >17% Effiffifficiency, ACS Energy Letters, 2020, 5, 3637.