“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。
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:PC[70]BM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。】
“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。
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:PC[70]BM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。】