第六十二章 鈣鈦礦傳輸層

  許秋找到吳菲菲,請教道:

  「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,」吳菲菲的:

  「對於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,溶劑通常採用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與碘化鉛混合製成。

  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,因為旋塗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,在可見光範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於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,上面有近些年來報導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。

  對於半導體來說,如果光子的能量低於其禁帶寬度,則無法被半導體吸收。

  比如矽的禁帶寬度約為1.1-1.3電子伏特,那麼只有超過1.1-1.3電子伏特能量的光子才能被矽吸收,對應于波長小於1000納米內的光。

  因此,矽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,這也是矽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,原來是不同研究者採用的測試方法不同,分別用紫外光電子能譜和循環伏安法,兩種方法測出來的結果不一樣。

  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麼試劑啊。

  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,我們都有什麼啊?」許秋道。

  「現在我常做的是兩種標準體系,就是MAI、FAI和碘化鉛,至於其他的……」吳菲菲頓了頓,說道:

  「反正都放在我的盒子裡,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,裡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,確認裡面都有藥品,然後將它們放了回去。

  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,溶於DMF溶劑,溶液攪拌均勻後,以的轉速,旋塗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。

  然後,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。

  ……

  待溶液溶解後,許秋取來乾淨的玻璃片,決定先嘗試一下鈣鈦礦溶液的旋塗。

  第一片,他放好基片,滴加溶液,開始旋塗。

  勻膠機停下,他用鑷子取下基片,發現上面的薄膜形貌並不好,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,結果依然沒有變化。

  這是怎麼回事呢?

  塗出來的薄膜,看著就不對啊。

  至少,要得到透明的薄膜才行。

  許秋毫無鈣鈦礦旋塗經驗,他只好喊來吳菲菲。

  她看過基片後,說道:

  「你可以嘗試一下反溶劑法,在旋塗過後,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塗後,在心中從1默念至5,然後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,能不能複製吳菲菲的技能呢?

  「系統,吳菲菲的技能可以複製嗎?」

  【可以。】

  【檢測到溶液配製技能,是否進行記錄?】

  【檢測到旋塗技能,是否進行記錄?】

  ……

  許秋被一連串的系統提示弄懵了,問道:

  「記錄之後,會覆蓋原本陳婉清的技能嗎?」

  【分為兩類情況,對於無差異性的技能,如清洗基片等,會覆蓋;對於有差異性的技能,如旋塗等,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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