北京大學鋰電池比較厲害的老師

A. 銅箔的用途有哪些

電解銅箔的用途與要求（2）
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1.4.2 電解銅箔的基本要求

1)外觀品質

銅箔兩面不得有劃痕、 壓坑、 皺褶、 灰塵、 油、 腐蝕物、 指印、 針孔與滲透點以及其他影響壽命、 使用性或銅箔外觀的缺陷。

2)單位面積質量

在製造印刷線路板時, 一般來說, 在製造工藝相同的條件下, 銅箔厚度越薄, 製作的線路精度越高。但是, 隨著銅箔厚度的降低, 銅箔質量更難控制, 對銅箔的生產工藝要求就越高。一般雙面印刷線路板和多層板的外層線路使用厚度0.035mm銅箔, 多層板的內層線路使用厚度0.018mm銅箔。0.070mm的銅箔多用於多層板的電源層電路。隨著電子技術水平的不斷提高, 對印刷線路的精度要求越來越高, 現在已大量使用0.012mm銅箔, 0.009mm、 0.005mm的載體銅箔也在使用。

3)剝離強度

在製造印刷線路板時, 銅箔的重要特性在銅箔標准中都有明確要求。但對剝離強度, 無論是IEC、 IPC、 JIS還是GB/T5230, 都沒有對此作出明確要求, 僅規定剝離強度應符合採購文件規定或由供需雙方商定。對於PCB用電解銅箔, 所有性能中最重要的就是剝離強度。銅箔壓合在覆銅板的外表面, 如果剝離強度不良, 則蝕刻形成的銅箔線條可能比較容易與絕緣基板材料的表面脫開。為使銅箔與基材之間具有更強的結合力, 需要對生箔的毛面(與基材結合面)進行粗化層處理, 在表面形成牢固的瘤狀和樹枝狀結晶並且有較高展開度的粗糙面, 達到高比表面積, 加強樹脂(基材上的樹脂或銅箔粘合劑樹脂)滲入的附著嵌合力, 還可增加銅與樹脂的化學親和力。

一般, 印刷線路板外層用電解銅箔, 剝離強度需要大於1.34kg/cm。

4)抗氧化性

20世紀90年代以來, 由於印刷電路技術的發展, 要求形成印刷電路板的覆銅箔層壓板必須能經受比過去更高的溫度和更長時間的熱處理。對銅箔表面, 尤其是對焊接面(銅箔光面)的抗熱氧化變色性能提出了更高的要求。

除以上4項主要性能要求外, 對銅箔的電性能、 力學性能、 可焊性、 銅含量等均有嚴格要求。具體可參見IPC-4562《印刷線路用金屬箔標准》。

鋰離子電池用電解銅箔, 目前還沒有統一的國標或行業標准。

1.4.3 電解銅箔發展趨勢

電解銅箔的發展一直追隨著PCB技術的發展, 而PCB則隨著電子產品的日新月異不斷提高。電子器件日趨小型化, 印刷電路表面安裝技術的不斷發展以及多層印刷電路板生產的不斷增長而促使印刷電路趨向細密化、 高可靠性、 高穩定性、 高功能化方向發展, 由此對電解銅箔的性能、 品種提出了更新更高的要求, 使電解銅箔技術出現了全新的發展趨勢。缺陷少、 細晶粒、 低表面粗糙度、 高強度、 高延展性、 更加薄的高性能電解銅箔將會廣泛地應用在高檔次、 多層化、 薄型化、 高密度化的印刷電路板上, 據估計其市場應用比例將達到40%以上。

①優異的抗拉強度及伸長率銅箔。常態下的高抗拉強度及高延伸率, 可以改善電解銅箔的加工處理特性, 增強剛性避免皺紋以提高生產合格率。高溫延伸性(THE)銅箔及高溫下高抗拉強度銅箔, 可以提高印刷板的熱穩定性, 避免變形及翹曲。

②低輪廓銅箔。多層板的高密度布線技術的進步, 使得傳統型的電解銅箔不適應製造高精細化印製板圖形電路的需要。因此, 新一代銅箔——低輪廓(low proffle, LP)和超低輪廓(VLP)電解銅箔相繼出現。毛面粗糙度為一般粗化處理銅箔的1/2以下為低輪廓銅箔, 毛面粗糙度為一般粗化處理銅箔的1/3以下為超低輪廓銅箔。低輪廓銅箔的結晶很細膩, 為等軸晶粒, 不含柱狀晶體, 是成片層晶體, 且棱線平坦、 表面粗糙度低, 一般同時具備高溫高延伸率和高抗拉強度。超低輪廓銅箔(VLP)表面粗糙度更低, 平均粗糙度為0.55μm(一般銅箔為1.40μmm), 同時, 具有更好的尺寸穩定性, 更高的硬度等特點。

B. 北大周歡萍團隊在鈣鈦礦太陽能電池高效穩定研究上獲重要進展

有機陽離子以及鹵素陰離子空位缺陷是制約鈣鈦礦太陽能電池高效率以及長期穩定性的主要因素，如何同時消除這兩種缺陷是當下的難題。基於此，北京大學工學院周歡萍研究員課題組提出一種新的消除機制，即在鈣鈦礦活性層中引入氟化物，利用氟極高的電負性，實現氟化物同時與有機陽離子形成強氫鍵以及與鉛離子形成強離子鍵的雙重效果。研究從而有效消除了有機陽離子以及鹵素陰離子的空位缺陷，大大提升了電池的光電轉換效率和長期穩定性。相關研究於2019年5月13日在國際頂級學術期刊《自然能源》( Nature Energy )上發表，題為「Cation and anion immobilization through chemical bonding enhancement with fluorides for stable halide perovskite solar cells」(doi:10.1038/s41560-019-0382-6)。

太陽能作為一種取之不盡用之不竭的清潔能源備受研究人員關注，而將太陽能轉換為電能的太陽能電池也是世界上眾多課題組青睞的材料。近年來，有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池以其高效率、低成本的優勢獲得了學術界和產業界的眾多關注，而其光電轉換效率也在短短幾年內迅速提升至24.2％，是單節電池中當下效率最高的薄膜太陽能電池。

然而，這類電池穩定性不佳是嚴重阻礙其商業化應用的主要因素。相比於傳統無機光伏材料，有機-無機雜化鈣鈦礦材料晶格較軟，且是一種離子晶體，易在外界環境的干擾下發生離子遷移，形成大量的空位缺陷，從而誘導晶格塌縮以及組分分解，從而使其不再具備優異的光電轉換能力。

在眾多的空位缺陷中，鹵素陰離子和有機陽離子空位由於其較低的缺陷形成能而普遍存在於鈣鈦礦表面以及晶界，該兩種空位缺陷不僅會影響太陽能電池的工作效率，且會誘導鈣鈦礦晶體的進一步退化，形成更多的體相缺陷。針對這兩種缺陷之前報道的工作主要集中在鈍化單一缺陷，即有機陽離子或鹵化物空位，無法做到「魚與熊掌兼得」。如何同時消除這兩種缺陷，實現鈣鈦礦太陽能電池的更高效率和高穩定性是鈣鈦礦材料目前最為棘手的問題。

針對上述重要問題，周歡萍課題組提出了一種全新的消除機制，即通過在鈣鈦礦活性層中引入氟化鈉，利用氟極高的電負性，實現氟化物同時與有機陽離子形成強氫鍵以及與鉛離子形成強離子鍵的雙重效果。基於此離子鍵和氫鍵的化學鍵調制，可以固定鈣鈦礦組分中的有機陽離子和鹵素陰離子，從而消除了相應的空位缺陷，電池效率和穩定性都得到了明顯提升。氟化鈉引入的電池器件最高效率達到了21.92％(認證值為21.7％)，且沒有明顯的遲滯現象。同時，引入氟化鈉的器件表現出優異的熱穩定性和光穩定性，在一個太陽的連續光照射或85°C加熱1000小時後，器件仍可分別保持原有效率的95％和90％，在最大功率點處連續工作1000小時後可以保持原有效率的90%。該方法解決了鈦礦太陽能電池中限制其穩定性的兩個重要因素——有機陽離子和鹵素陰離子空位，並可推廣至其他的鈣鈦礦光電器件；且化學鍵調制的方法對於其他面臨類似問題的無機半導體器件也具有重要參考意義。

該論文的第一作者是周歡萍課題組的2017級博士生李能旭，周歡萍特聘研究員為通訊作者。合作者還包括埃因霍溫理工大學Shuxia Tao課題組和北京理工大學陳棋課題組、北京理工大學洪家旺課題組、香港大學楊世和課題組、中南大學謝海鵬老師、特溫特大學Geert Brocks教授等。該工作得到了國家自然科學基金委、 科技 部、北京市自然科學基金、北京市科委、先進電池材料理論與技術北京市重點實驗室等聯合資助。

周歡萍課題組近期致力於提高鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩定性，取得的一系列重要進展相繼在 Science (DOI: 10.1126/science.aau5701), Nature Energy (DOI: 10.1038/s41560-019-0382-6), Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-019-09093-1;DOI: 10.1038/s41467-019-08507-4 和 DOI: 10.1038/s41467-018-05076-w)， Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201900390)， Journal of the American Chemical Society (DOI: 10.1021/jacs.7b11157) 上發表。