第六十二章 钙钛矿传输层(1/2)

作品:《我有科研辅助系统

( ) 许秋找到吴菲菲,请教道:

“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,”吴菲菲的:

“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mabi3和fabi3,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,mabi3和fabi3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edot:ss、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和循环伏安法,两种方法测出来的结果不一样。

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ai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mabbr3、mabcl3、fabbr3和fabcl3。

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..m.的转速,旋涂30秒。

当然这是mabi3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tb7-th:c[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
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