许秋思考过后,觉得贸然使用之前没有用过的传输层材料,风险过大。
因为需要花费大量时间去摸索条件,最终结果可能还不尽人意,倒不如对自己熟悉的材料加以改造。
最终他决定使用PEN为基底,先尝试使用PEDOT:PSS作为传输层材料,降低它的退火温度至100摄氏度,并延长退火时间。
确定了基底之后,许秋给陈婉清发微信:
“之前魏老师交给我的项目,要用到柔性基底,因此我需要订做一批镀有ITO薄膜的PEN基底,学姐那边有没有门路。”
没过几分钟,他便收到了学姐的回复。
“好。”一个蜜桃猫的表情。
“等我消息。”
…………
许秋放下手机,闭眼做了一套眼保健操,然后休息片刻,进入模拟实验室。
昨天还留下一个溶液溶解的问题没有解决。
不过,目前只有在配制有效层溶液时,才存在过夜搅拌的需求,即搅拌时长大于12小时。
像是配制氧化锌预聚体溶液,只需搅拌两小时,问题便不大。
许秋进入手套箱,拿起昨日配好的有效层溶液,轻轻晃动瓶子,可以明显的看到瓶壁上挂有未溶解的聚合物材料。
他盯着小棕瓶,陷入了沉思。
为什么溶液要搅拌过夜?
因为聚合物分子量较大,溶解比较困难,需要长时间的搅拌使其充分溶解。
那有没有什么途径可以使聚合物快速溶解呢?
可以降低其浓度。
但降低浓度的话,旋涂出来的薄膜厚度就会变薄,所以并不是一个好方法。
有没有其他办法呢?
许秋突然想到,上学期学过的《高分子凝聚态物理》中讲到过高聚物的时温等效原理。
具体的描述他已经记不清了,但大致意思应该是提高温度可以缩短时间。
为了验证这个想法,许秋退出模拟实验室。
他在书架上找到《高分子凝聚态物理》课本,翻看目录,很快便找到了“时温等效原理”的介绍:
高聚物的同一力学松弛现象可以在较高的温度、较短的时间(或较高的作用频率)观察到,也可以在较低的温度下、较长时间内观察到。因此,升高温度与延长观察时间对分子运动是等效的,对高聚物的粘弹行为也是等效的。
这个讲的是高聚物的力学松弛现象,并不是说溶解过程,不过许秋觉得或许可以将其延伸一下。
因为溶解过程也算是高分子的分子运动过程,那么升高温度与延长搅拌时间也应该也是等效的。
而且在氮气氛围内,构成有效层的两种材料对热都很稳定,耐100摄氏度的温度没有什么问题,不然也不会有热退火步骤了。
不过这样的话,使用氯仿溶剂就不合适了,因为它沸点低,无法加热到很高的温度。
许秋返回模拟实验室。
先将昨日配制的氧化锌预聚体溶液放在培养皿盖子上,然后将加热搅拌台的温度设为90摄氏度,最后将有效层溶液放在加热台上。
验证想法的话,需要等待一段时间,许秋决定再配制一些其他浓度的PTB7-TH:PC[70]BM有效层溶液。
溶剂都选择氯苯,浓度则分别为10、20、25毫克每毫升,给体受体的质量比仍固定在1:1.5,各1毫升。
他想看看聚合物的极限溶解度是多少。
配好溶液后,许秋将四种溶液按照各自的浓度,分别记做10#、15#、20#、25#溶液。
将10#、15#、25#溶液放在加热搅拌台上后,他拿起最早配制的15#溶液,再次轻轻晃动瓶子,发现已经没有固体残余挂在瓶壁上了。
他看了眼时间,只过去了半个多小时。
果然,“时温等效原理”也可以用在聚合物的溶解上。
而且,温度对于时间的影响是指数级别的,虽然现在的90度加热,相较于平常的60度只提升了30度,但溶解速度却可能相差了10倍。
许秋将15#溶液放在瓶架上,使其缓慢降至常温。
然后开始旋涂氧化锌基片,一共12片。
在等待基片退火的过程中,他又返回手套箱查看各溶液的溶解情况。
结果发现,瓶架上的15#溶液在冷却后,内部液体竟变为了凝胶状。
许秋稍用力的晃动瓶子底部,下方的凝胶却一动不动,最终他只好再次将15#放在加热搅拌台上加热。
他接着查看另外三种浓度的溶液,10#、20#均完全溶解,25#则未完全溶解,瓶壁上仍有固体颗粒存在。
许秋将10#、20#溶液放置在瓶架上冷却。
然后用移液枪在25#溶液中加入667微升的氯苯溶剂,将其浓度稀释为15毫克每毫升,并重新贴好25#15#的标签,再把它放到加热台上。
随后,许秋将每个溶液编号代表的意义记录到实验记录本上。
再次进入手套箱,他发现15#溶液已经部分解除凝胶状态,开始重新变为溶液。
10#溶液在常温下可以保持溶解状态,而20#溶液同样出现了凝胶的现象。
也就是说,在常温下,质量比为1:1.5的PTB7-TH:PC[70]BM在氯苯溶剂中,极限溶解度为10-15毫克每毫升,在90摄氏度下,极限溶解度在20-25毫克每毫升。
温度升高,不仅能够提高溶解速度,也能同时提高溶解度。
溶液溶解的问题算是解决了。
只是,新的问题又出现了。
这些溶液该怎么旋涂呢?
是把它们都稀释到10毫克每毫升浓度,等待其冷却后再涂?
还是不稀释,直接趁热涂呢?
不过,考虑到这周的实验时长已经刷满。
还是先不纠结这个问题,等到下周再继续实验,节省一些积分吧。
第三十九章 载流子迁移率
周日。
许秋来到实验室。
段云正戴着耳机专心码字,陈婉清则在桌位上整理着纸质文献。
许秋先和段云打了声招呼,然后走到陈婉清旁边坐下。
“学姐,PEN基底的事有消息了吗?”
“嗯嗯,我联系了几家做光电材料的厂家,其中一家有现成的PEN基底,”陈婉清道:“不过他们只做大面积的基底,最少要买1米乘10米,我就按最小的规格买了,估计一周之内就能到。”
“大面积的基底,”许秋问道:“指的是一整张10平方米面积的PEN基底,上面均匀镀有ITO吗?”
“没错。”陈婉清道。
“可我们用的玻璃基片上ITO是有图案的啊。”许秋道。
“那么就需要先将大块的基片裁剪为一平方英寸的小片,然后再把不需要的ITO蚀刻掉,得到图案化的ITO基底。”陈婉清道。
“好吧,我明白了,”许秋道:“那学姐有现成的蚀刻条件吗?”
“好像没有哦。”陈婉清歪头想了想道。
“好像?”许秋在心里嘀咕了一句,说道:“好吧,那我找找看。”
他掏出电脑,再次翻看那几篇柔性衬底的文献。
很快,他就在其中一篇文献的实验信息部分,看到了他们给出的蚀刻ITO的条件:
在2摩尔每升的稀盐酸中加入锌粉,随后放入ITO基片,与溶液接触的部分将被蚀刻掉。
不过,现在PEN/ITO基片还没有到,他只能先把这个方法记下,然后向陈婉清汇报:
“学姐,我找到ITO的蚀刻方法了。”
“这么快就找到啦,让我看看。”陈婉清凑过头,看了看许秋的电脑。
“我想起来了,这是经典的湿法蚀刻方法,我记得还有一种干法蚀刻……”看到许秋在盯着她看,陈婉清小声说道:
“如果我说我刚刚真的没想起来,你会相信吗?”
“我信。”许秋无奈的摊摊手。
…………
今天没有实验做,许秋在实验室里逛了一圈,想看看还有什么自己不熟悉的仪器。
结果,他惊奇的发现,整个实验室里,除了电化学工作站外,仅有一台仪器是他还没有用过的。
那台仪器,他还依稀有些印象,好像是在田晴的毕业答辩PPT上出现过。
考虑到下周开始考试周后,他有近一个月时间不来实验室,许秋决定今天把这台仪器搞定了。
于是,他找到陈婉清。
“学姐,实验室里那台仪器是干什么用的呢,可以教我吗?”
“那一台呀,是用来测试CELIV和TOF的,”陈婉清道:“主要是田晴在使用,她的毕业设计就是做这个的。
不过,当初魏老师也把测试方法教给了其他人,我也会操作,只是数据分析方面就不太行了。
两台仪器主要是用来表征电池器件中载流子的输运情况,是比较偏向于理论研究的。
通过建立模型、拟合数据,据说可以得到很多电荷输运动力学的信息。
但我现在只会简单的计算载流子迁移率。
在半导体领域,电子和空穴被称为载流子,它们的迁移率可以理解为它们在器件中移动的速率,通常是越快越好。
这仪器在我学会后就一直没用过,要不是你提醒,我都想不到可以测试一下这个。”
“在测试前,我先给你看个宝贝。”陈婉清神秘道。
“宝贝?”许秋疑惑的跟着学姐,她的行进方向是一个储物柜。
陈婉清从储物柜中取出一个黑色的方形纸盒,示意许秋打开。
许秋打开后,发现里面装着两个黑色的拉链盒。
从外观看,不会是眼镜盒吧?
他拉开盒子的拉链。
不出所料,里面装的是眼镜,橙红色的镜片像是特殊材质制成的。
“果然,我就不应该期待什么。”许秋心想。
“是不是很惊喜,”陈婉清笑了笑道:“这是护目镜,等下要用到高功率的激光,戴上它就能保护眼睛不被灼伤。”
许秋勉强挤出一个笑容回应。