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第六十二章 钙钛矿传输层

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作品:我有科研辅助系统 | 作者:肥美的韭菜


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    “吴菲菲学姐,可以给我介绍下你做的钙钛矿太阳能电池领域吗?”

    “可以啊,钙钛矿材料,是一类分子通式为aBX3的物质,”吴菲菲道:

    “对于钙钛矿太阳能电池领域,a常用的分子结构为ch3nh3和h2nchnh2,分别简称为ma和Fa。www.kmwx.net

    B通常为铅元素,X为卤素元素,通常用碘元素,溶剂通常采用DmF。

    最经典的两种钙钛矿材料的分子结构就是maPbI3和FaPbI3,分别是用maI或FaI与碘化铅混合制成。

    这个领域现在主要问题是铅的毒性,以及器件在空气或高湿度环境下的不稳定性。”

    “可以拿它们做有机光伏器件的传输层材料吗?”许秋道。

    “从溶剂的角度上来看,是可行的,因为旋涂有机器件的有效层溶液是氯仿、氯苯之类的,它们不能溶解钙钛矿材料。

    但从光吸收角度来看,maPbI3和FaPbI3这两种经典钙钛矿材料恐怕不太合适。

    因为,这两种分子主要是用来做有效层的,它们的禁带宽度大概在1.5-1.7电子伏特,在可见光范围内有很好的光吸收性能。

    要是做传输层的话,会造成射入到有效层的太阳光强度减少,降低光电转换效率。

    我们常用的传输层材料,比如PeDoT:Pss、氧化锌等,通常都是禁带宽度大于2电子伏特的材料。”吴菲菲道。

    许秋想了一会儿,问道:

    “那有没有办法将钙钛矿材料的禁带宽度,也提高到2电子伏特以上呢?”

    “办法是有的,修改a、B、X,均会对形成的钙钛矿材料的理化性质造成影响,其中就包括改变禁带宽度。”

    吴菲菲在她的文件袋中翻出一篇文献,递给许秋,说道:

    “这样吧,我给你一篇综述,上面有近些年来报道的钙钛矿材料的理化性质,你可以对照着筛选一下。”

    “好的。”

    ……

    许秋现在面临的第一个问题是,找到具有高禁带宽度的钙钛矿材料。

    对于半导体来说,如果光子的能量低于其禁带宽度,则无法被半导体吸收。

    比如硅的禁带宽度约为1.1-1.3电子伏特,那么只有超过1.1-1.3电子伏特能量的光子才能被硅吸收,对应于波长小于1000纳米内的光。

    因此,硅材料可以吸收部分紫外线、可见光(390-780纳米)以及部分红外线,几乎完美的覆盖了整个太阳光谱,这也是硅电池光电转换效率高的原因。

    许秋翻阅文献,上面列举了一系列的钙钛矿材料,有禁带宽度超过3.0的,也有接近1.0的,还有的材料有多个禁带宽度值。

    他仔细一看,原来是不同研究者采用的测试方法不同,分别用紫外光电子能谱、循环伏安法、光吸收边换算等方法。

    看来这禁带宽度的数据也只能做为参考。

    翻看了一会儿,他突然意识到一个问题,得先看看实验室里有什么试剂啊。

    不然,好不容易找到了合适的材料,结果发现实验室没有,那不就尴尬了。

    “吴菲菲,钙钛矿的药品,我们都有什么啊?”许秋道。

    “现在我常做的是两种标准体系,就是maI、FaI和碘化铅,至于其他的……”吴菲菲顿了顿,说道:

    “反正都放在我的盒子里,你找找看吧,我的盒子是一个半透明的乐扣盒,上面用记号笔标有wFF。”

    “好的。”

    许秋做好防护措施,进入手套箱。

    他找到吴菲菲的专用试剂盒,里面装有好多白色塑料瓶装的药品。

    maI和碘化铅的瓶子有很多,看来这两样是她最常用的。

    翻了半天,许秋只找到两种对他有用的药品,氯化铅和溴化铅,可以将它们两个与maI和FaI两两混合。

    从而得到四种钙钛矿材料,分别是maPbBr3、maPbcl3、FaPbBr3和FaPbcl3。

    许秋旋开氯化铅和溴化铅试剂瓶的瓶盖,确认里面都有药品,然后将它们放了回去。

    接着他离开手套箱,找吴菲菲拿到配方:

    10%总质量分数的maI和碘化铅等当量混合,溶于DmF溶剂,溶液搅拌均匀后,以3000r.p.m.的转速,旋涂30秒。

    当然这是maPbI3的配方,只能参考。

    许秋仿造她的配方,也用10%质量分数为条件,计算好了四种溶液中的物料配比。

    然后,他再次返回手套箱,配了四种钙钛矿溶液各1毫升。

    此外,因为之前配的有效层溶液时隔太久,已经不确定是否还能用了,所以他也配了最优条件下的PTB7-Th:PcBm溶液。

    ……

    待溶液溶解后,许秋取来干净的玻璃片,决定先尝试一下钙钛矿溶液的旋涂。

    第一片,他放好基片,滴加溶液,开始旋涂。

    匀胶机停下,他用镊子取下基片,发现上面的薄膜形貌并不好,表面是雾蒙蒙的,感觉像是结了一层白霜。

    第二片,他换了一种溶液,仍然是同样的情况。

    继续换了另外两种溶液,依然会出现白雾。

    这是怎么回事呢?

    涂出来的薄膜,看着就不对啊。

    至少,要得到透明的薄膜才行。

    许秋毫无钙钛矿旋涂经验,他只好喊来吴菲菲。

    她看过基片后,说道:

    “你可以尝试一下反溶剂法,在旋涂过后,滴加反溶剂甲苯,使钙钛矿材料快速结晶,有可能可以改善薄膜形貌。

    不过这种方法比较考验时机,需要摸索一下条件,而且不同体系的最佳条件也可能不同。

    我的maPbI3体系,一般做的话是在开始旋涂后,在心中从1默念至5,然后迅速在基片上滴加甲苯。”

    “好的,我试试看。”许秋道。

    这时,他突然想到,能不能复制吴菲菲的技能呢?

    “系统,吴菲菲的技能可以复制吗?”

    可以。

    检测到溶液配制技能,是否进行记录?

    检测到旋涂技能,是否进行记录?

    ……

    许秋被一连串的系统提示弄懵了,问道:

    “记录之后,会覆盖原本陈婉清的技能吗?”

    分为两类情况,对于无差异性的技能,如清洗基片等,会覆盖;对于有差异性的技能,如旋涂等,不会覆盖,将分别记录。

    “明白了,有差异性的技能,均记录。”

    记录完成。

    “那无差异性的技能,可以保留两人中熟练度的最高的那个吗?”

    可以,记录完成。
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