第六十二章 钙钛矿传输层
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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。
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。】
“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。】