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第六十二章 鈣鈦礦傳輸層

更新時間:2021-03-29  作者:肥美的韭菜
“吳菲菲學姐,可以給我介紹下你做的鈣鈦礦太陽能電池領域嗎?”

“可以啊,鈣鈦礦材料,是一類分子通式為ABX3的物質,”吳菲菲道:

“對于鈣鈦礦太陽能電池領域,A常用的分子結構為CH3NH3和H2NCHNH2,分別簡稱為MA和FA。

B通常為鉛元素,X為鹵素元素,通常用碘元素,溶劑通常采用DMF。

最經典的兩種鈣鈦礦材料的分子結構就是MAPbI3和FAPbI3,分別是用MAI或FAI與碘化鉛混合制成。

這個領域現在主要問題是鉛的毒性,以及器件在空氣或高濕度環境下的不穩定性。”

“可以拿它們做有機光伏器件的傳輸層材料嗎?”許秋道。

“從溶劑的角度上來看,是可行的,因為旋涂有機器件的有效層溶液是氯仿、氯苯之類的,它們不能溶解鈣鈦礦材料。

但從光吸收角度來看,MAPbI3和FAPbI3這兩種經典鈣鈦礦材料恐怕不太合適。

因為,這兩種分子主要是用來做有效層的,它們的禁帶寬度大概在1.5-1.7電子伏特,在可見光范圍內有很好的光吸收性能。

要是做傳輸層的話,會造成射入到有效層的太陽光強度減少,降低光電轉換效率。

我們常用的傳輸層材料,比如PEDOT:PSS、氧化鋅等,通常都是禁帶寬度大于2電子伏特的材料。”吳菲菲道。

許秋想了一會兒,問道:

“那有沒有辦法將鈣鈦礦材料的禁帶寬度,也提高到2電子伏特以上呢?”

“辦法是有的,修改A、B、X,均會對形成的鈣鈦礦材料的理化性質造成影響,其中就包括改變禁帶寬度。”

吳菲菲在她的文件袋中翻出一篇文獻,遞給許秋,說道:

“這樣吧,我給你一篇綜述,上面有近些年來報道的鈣鈦礦材料的理化性質,你可以對照著篩選一下。”

“好的。”

……

許秋現在面臨的第一個問題是,找到具有高禁帶寬度的鈣鈦礦材料。

對于半導體來說,如果光子的能量低于其禁帶寬度,則無法被半導體吸收。

比如硅的禁帶寬度約為1.1-1.3電子伏特,那么只有超過1.1-1.3電子伏特能量的光子才能被硅吸收,對應于波長小于1000納米內的光。

因此,硅材料可以吸收部分紫外線、可見光(390-780納米)以及部分紅外線,幾乎完美的覆蓋了整個太陽光譜,這也是硅電池光電轉換效率高的原因。

許秋翻閱文獻,上面列舉了一系列的鈣鈦礦材料,有禁帶寬度超過3.0的,也有接近1.0的,還有的材料有多個禁帶寬度值。

他仔細一看,原來是不同研究者采用的測試方法不同,分別用紫外光電子能譜、循環伏安法、光吸收邊換算等方法。

看來這禁帶寬度的數據也只能做為參考。

翻看了一會兒,他突然意識到一個問題,得先看看實驗室里有什么試劑啊。

不然,好不容易找到了合適的材料,結果發現實驗室沒有,那不就尷尬了。

“吳菲菲,鈣鈦礦的藥品,我們都有什么啊?”許秋道。

“現在我常做的是兩種標準體系,就是MAI、FAI和碘化鉛,至于其他的……”吳菲菲頓了頓,說道:

“反正都放在我的盒子里,你找找看吧,我的盒子是一個半透明的樂扣盒,上面用記號筆標有WFF。”

“好的。”

許秋做好防護措施,進入手套箱。

他找到吳菲菲的專用試劑盒,里面裝有好多白色塑料瓶裝的藥品。

MAI和碘化鉛的瓶子有很多,看來這兩樣是她最常用的。

翻了半天,許秋只找到兩種對他有用的藥品,氯化鉛和溴化鉛,可以將它們兩個與MAI和FAI兩兩混合。

從而得到四種鈣鈦礦材料,分別是MAPbBr3、MAPbCl3、FAPbBr3和FAPbCl3。

許秋旋開氯化鉛和溴化鉛試劑瓶的瓶蓋,確認里面都有藥品,然后將它們放了回去。

接著他離開手套箱,找吳菲菲拿到配方:

10%總質量分數的MAI和碘化鉛等當量混合,溶于DMF溶劑,溶液攪拌均勻后,以3000r.p.m.的轉速,旋涂30秒。

當然這是MAPbI3的配方,只能參考。

許秋仿造她的配方,也用10%質量分數為條件,計算好了四種溶液中的物料配比。

然后,他再次返回手套箱,配了四種鈣鈦礦溶液各1毫升。

此外,因為之前配的有效層溶液時隔太久,已經不確定是否還能用了,所以他也配了最優條件下的PTB7-TH:PC[70]BM溶液。

……

待溶液溶解后,許秋取來干凈的玻璃片,決定先嘗試一下鈣鈦礦溶液的旋涂。

第一片,他放好基片,滴加溶液,開始旋涂。

勻膠機停下,他用鑷子取下基片,發現上面的薄膜形貌并不好,表面是霧蒙蒙的,感覺像是結了一層白霜。

第二片,他換了一種溶液,仍然是同樣的情況。

繼續換了另外兩種溶液,依然會出現白霧。

這是怎么回事呢?

涂出來的薄膜,看著就不對啊。

至少,要得到透明的薄膜才行。

許秋毫無鈣鈦礦旋涂經驗,他只好喊來吳菲菲。

她看過基片后,說道:

“你可以嘗試一下反溶劑法,在旋涂過后,滴加反溶劑甲苯,使鈣鈦礦材料快速結晶,有可能可以改善薄膜形貌。

不過這種方法比較考驗時機,需要摸索一下條件,而且不同體系的最佳條件也可能不同。

我的MAPbI3體系,一般做的話是在開始旋涂后,在心中從1默念至5,然后迅速在基片上滴加甲苯。”

“好的,我試試看。”許秋道。

這時,他突然想到,能不能復制吳菲菲的技能呢?

“系統,吳菲菲的技能可以復制嗎?”

可以。

檢測到溶液配制技能,是否進行記錄?

檢測到旋涂技能,是否進行記錄?

……

許秋被一連串的系統提示弄懵了,問道:

“記錄之后,會覆蓋原本陳婉清的技能嗎?”

分為兩類情況,對于無差異性的技能,如清洗基片等,會覆蓋;對于有差異性的技能,如旋涂等,不會覆蓋,將分別記錄。

“明白了,有差異性的技能,均記錄。”

記錄完成。

“那無差異性的技能,可以保留兩人中熟練度的最高的那個嗎?”

可以,記錄完成。

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