467 17%效率达成,为国争光!(求月票)-《我有科研辅助系统》


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    在蒸镀之前,许秋突然灵机一动,他把旋涂出来的16片基片,各自复制成10份,准备同时蒸镀10次,这样就可以得到10批器件。

    虽然这10批器件的有效层都是完全一样的,但是因为蒸镀操作有差异,可以以此近似的排除蒸镀操作对器件性能的影响。

    包括之后的真空放置操作,许秋也准备同时复制出来多个器件,然后摸索不同放置时间对器件性能的影响。

    这样,他虽然只做了一批器件,但是实际上已经把包括蒸镀、真空放置的重复性实验都同时完成了,有更大的概率可以让自己的器件效率波动的更高。

    这算是作为人的优势,如果是模拟实验室的模拟人员进行操作,是玩不出许秋这样套路的,它们只会按部就班的一批一批器件进行制备。

    就是不知道现在许秋把这个方法开发了出来,他们会不会同步的学会,这一点还有待观察。

    接下来,许秋蒸镀了10批器件,并真空放置,在64倍加速下,加起来一共不到30分钟时间。

    10批器件全部制备完毕,共计耗时45分钟左右。

    看似初始条件下许秋只做了16片器件,但经过两次复制,总的器件数量已经膨胀到了1000多片。

    终于到了激动人心的测试环节了。

    因为有加速,所以测试还是比较快的。

    基本上连线完成,就可以秒出结果。

    差不多平均15秒能测试得到一个结果。

    许秋选取了自己蒸镀时手感最好的那批器件,统一选择真空放置时间条件为12小时。

    开舱,进行测试。

    许秋的策略是,把初次测试效率低于16.5%的器件直接舍弃。

    如果初次能达到16.5%,那么就给它三次扫描机会,如果性能达不到17%,就直接舍弃。

    就这样,许秋接连测试了1#到12#,共计12片器件。

    其中,最好的一个体系是7#,最高效率达到了16.96%,离17%非常近了。

    当时许秋额外破例,给了它更多的几次机会,结果,越测越低,最后他只好放弃。

    直到第13#器件,许秋终于第一次拿到了初始效率超过17%的数据,达到了17.07%。

    他更换了遮挡板的位置,连续扫描了十个数据,最高效率为17.11%。

    许秋想了想,先把14#、15#、16#测了一遍,发现没有其他初始效率超过17%的器件,然后就开始专攻13#。

    13#对应的加工条件,是顶电池厚度约130纳米,底电池厚度约190纳米的条件。

    许秋找到了13#器件上百个“兄弟姐妹”们,进行测试。

    首先,是不同蒸镀批次,同样12小时真空放置时间下的另外9个13#器件,测试完毕后,最高效率提高至17.27%。

    接着,是针对效率17.27%这个最佳批次下的13#器件,在不同放置时间下的器件进行测试,结果表明,放置时间在16小时的器件,性能最佳,可达17.36%。

    拿到了最终的17.36%的结果,许秋了长呼一口气。

    这一个多小时折腾下来,他基本上没有一刻是能休息的,全程都在专注的进行高强度操作。

    许秋有种身体被掏空,进入了“贤者时间”的状态。

    好在,结果非常的不错,终于取得了突破。

    而且,现在只是初步摸索的结果,之前数据量能做上去的话,器件性能还有进一步提升的空间。

    因此,现实中重复出超过17%效率的概率非常的高。

    许秋看了眼时间,距离考试结束还有二十分钟左右,便没有急着出去。

    他先是将当下的最佳条件,交给模拟实验人员进行批量重复,然后开始盘点叠层器件一步步走过来的历程。

    最开始,是基于半透明器件,制备较为简单的“四终端法”叠层器件,当时底电池用的是半透明器件,结果发现即使是薄层金属电极,光损失仍然非常高,最终的器件效率总是小于10%,这说明“四终端法”并不适合有机光伏体系。

    于是,许秋选择了“二终端法”,开始重新尝试,结果若干个体系试下来,终于把效率做到了10%。

    后来,经过一段时间的工艺摸索,许秋选择了两个高效率的体系,底电池J2:IDIC-4F,顶电池PCE10:IEICO-4F,器件效率终于突破12%,打破了当时叠层器件的世界纪录。

    再后来,许秋对“二终端法”的叠层器件的器件结构进行优化,不使用中间的薄层电极作为电荷复合层,而是直接用两层几乎透明的传输层取代,这样可以显著减小顶电池器件的光损失,极大的提升顶电池的电流密度,效率跃升到14%。

    接着,许秋在J2:IDIC-4F中引入PCBM,用于调控顶电池和底电池之间的光吸收,使两者的短路电流密度可以更加容易的匹配,成功将效率冲上15%,突破了有机光伏领域公认的一大门槛。

    然后,许秋看到Y系列受体在叠层器件中的折戟沉沙,觉得在设计叠层器件结构的时候,不能单单以原单结器件的效率为基准,而是要更多的考虑底电池和顶电池的适配情况,于是他将IDIC-4F替换为光吸收范围偏向于短波长范围的IDIC-M,进一步将器件效率往上推进了一些,达到了15.5%。

    再然后,许秋试图寻找其他课题组开发的近红外非富勒烯受体,来取代原先组里使用的IEICO-4F,结果发现国家纳米科学技术中心李丹课题组开发出来的COi8DFIC,与之前自己的体系最为匹配,最终效率突破16%。

    前几天,学妹心血来潮做了一批器件,结果现实器件的效率反超了模拟实验室的结果,经研究发现“真空放置”可以提升部分体系器件的性能,通过这种策略,成功将效率提升至16.5%以上。

    同时,许秋还从李丹课题组的三元文章中获得了灵感,将PCBM从底电池有效层中取出,放到顶电池中,最后同样将器件效率提高到16.5%以上。

    现在,许秋整合了“真空放置”和“顶电池三元化”两大策略,亲手操作,终于将器件效率做到了17.36%!

    盘点完毕,许秋感慨万分,想要拿到现在这个结果,确实非常的不容易。

    即使在有系统这个大杀器的情况下,叠层器件从零开始一步步优化,也花费了两个多月的时间。

    这是许秋迄今为止,耗时最长的一个工作。

    按照模拟实验室的工作效率是现实的十倍来计算,如果换算成现实时间,摸索的过程可能要长达一两年之久。

    其实,这也是CNS级别的工作,普遍需要的工作量。

    除非是那种开拓新领域的发现,比如“用胶布撕石墨烯”之类的。

    但到了现在的阶段,这种新的领域想要开拓出来,非常的困难。

    哪怕是诺奖级别的科研大佬,也不能保证自己在有生之年里,还能够开拓出一个新的领域来,这非常的看运气。

    因此,现阶段都是在现有的领域中拼杀,试图在某个维度上有所突破。
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