第465章 连续突破,剑指17%!(1 / 1)

不管背后的原因是什么,既然现在的器件效率已经超过了16%,那么外量子效率EQE曲线就肯定要测试了。于是,许秋向韩嘉莹打了声招呼:“我去给EQE的电脑开机,预热一下,等会儿要测试。”“好哒~师兄~”韩嘉莹用甜腻腻的声音说道,当只有他们两个人在场的时候,学妹会比较放的开,而平常人多的时候,她就比较含蓄。说完,学妹还开心的哼起了歌,“啦啦啦,啦啦啦啦,啦啦啦,啦啦啦啦……”,显然是对自己拿到的16%效率数据非常满意。许秋笑着摇了摇头,走到旁边的实验台,打开EQE的电脑。在测试样品的EQE曲线之前,还需要连接线路,测试标准硅电池的EQE曲线,进行标定。其实,如果想偷懒的话,等下可以只测试最佳叠层体系的EQE曲线,这样就比较省时间。不过,从数据完备性的角度来讲,最好还是全部都测试一遍。因为万一之后要用到某个数据,结果发现之前因为偷懒没有测,那可能就需要把整个体系的器件全部重做一遍,再进行测试。而且,有时候做一遍器件都不一定能拿得到所需要的数据,需要重复两遍、三遍,甚至更多次。尤其是要发表《科学》这种档次的文章,对于数据完备性的要求非常高,在投稿的时候还需要额外上传全部的原始数据文件。而像平常投AM之类的文章就不需要上传原始数据,只需要上传正文文件以及支持信息即可。许秋自然没有选择偷懒的做法,打算把所有器件都测试一遍。主要也是因为现在是他和学妹两个人合作进行实验,一个负责J-V曲线的测试,一个负责EQE曲线的测试。同样的工作量分摊开来,所花费的时间就只有原先的六七成,可能总共花费一个多小时就可以完成。而现在距离晚上十二点还有三个小时,时间上肯定是来得及,不需要那么赶。于是,许秋一心三用。一边操作EQE的电脑进行测试,一边陪着学妹聊天,一边在脑海中思考这次器件效率数据异常高的原因。思来想去,许秋发现主要有两个变量。一方面,是实验操作者的变化。之前主要是由许秋自己和莫文琳进行叠层器件的制备,这回换成了韩嘉莹。虽说学妹也是自己教出来的,操作习惯上按理说应该和自己并无太大的差别,但许秋也不能完全排除这方面的可能性。毕竟,人和人之间,多多少少还是有一些差异的。不过,就算真的是这方面的因素,现在也无法验证。只能让学妹下周过来,再做一批器件试试,看能不能把这个结果重复出来。另一方面,平常许秋他们做叠层器件的时候,通常会算好时间,等蒸镀完毕后直接进行测试,中途不会有太长时间的停留:如果下午五点半前能来得及测试完毕的话,那就下午测试;如果下午来不及完成测试,而数据又急着要的话,那就点外卖,加班把数据肝出来;如果数据不急着要的话,那就延迟蒸镀的开始时间,把蒸镀预期完成时间安排到晚上七点半之后,这样可以在休息过后进行实验。换言之,以前叠层器件的制备、测试等一系列过程是连续的。而这次,学妹在下午五点多蒸镀好叠层器件后,并没有立即进行测试,然后让蒸镀好的器件又在蒸镀舱的真空环境中放置了大概四个小时,一直到晚上九点左右,才开始进行的测试。也就是说,这批器件的制备、测试中间,有了大约四个小时的空窗期。如果放在平常,许秋肯定不会怀疑是这方面的原因,但现在他有些实在找不到原因了,只能从细节的地方着手考虑。而且,有机光伏器件也比较特殊,它的有效层是一种多相共混的体异质结结构。理论上,一旦器件被制备出来,只要不是处于绝对零度的条件下,有效层的形貌时时刻刻都在变化着。也因此,即使是同一个器件,在不同时间去测试它,得到的结果都会是不同的。只是人们一般不太会去考虑较短时间尺度下的器件性能变化,通常都是存放几百、上千个小时,来验证器件的稳定性。因为短期器件的存放,会受到影响的因素太多,难以进行控制。这时,许秋突然灵机一动,回忆起大约一年前,自己刚刚进入课题组的时候,田晴和他讲述的一段实验经历:“我周五蒸镀好的器件,把它们放在了蒸镀舱中存放,周日跑过来测试,器件效率居然比平常还高一些……”自那以后,组里其他人做器件都是半天,或者一天完成一批;而田晴就要拖到两天,甚至三天才完成一批,只有偶尔来了实验兴致,她才会在一天内把器件给做完。当时,许秋听到田晴的解释也没有太过在意,只当她是在给自己划水找借口。现在想想,田晴当时可能并不是在说谎,她确实发现了一个独特的实验现象。而且,她说的这个现象,或许也是具有普适性的,比如在叠层器件中同样适用。也就是说,当器件制备完成后,不立刻进行测试,而是让它们在蒸镀舱内的真空环境中放置一定的时间,有几率会引起器件性能的提高。这个变量比之前实验者的那个变量要更加容易验证一些。许秋直接在模拟实验室中开始操作,摸索不同体系的器件性能,随蒸镀完成后在蒸镀舱内放置时间的变化趋势。其中,所选择的体系包括各种经典二元单结体系,PCE10:PCBM、H22:ITIC等,以及最新的几种叠层体系。放置时间从0、1、3、6、9、12、18、24小时……不等。接下来,继续测试。除了第一片器件的效率达到了16.15%外,后面测到第七片的时候,再次出现了效率更加高的器件,达到了16.24%,反超了模拟实验室中16.22%的结果。而且,能更佳的第七片器件,加工条件并非是模拟实验室中摸索出来的最优条件。这倒是比较好理解,模拟实验室中的最优条件其实是针对于许秋的实验操作,现在出现了两个新的变量,最优条件大概率也会随之而改变。最终,许秋和韩嘉莹两人在实验室里忙活到了晚上十点五十分,终于把所有的数据都拿到手。EQE曲线积分得到的短路电流密度与J-V曲线中的结果基本一致,误差在5%以内,说明器件性能的数据是可靠的,16%的效率数据是真实的。结束实验后,许秋发现自己并没有之前想象中的那么劳累,感觉精力还是比较充沛的,可能是因为自己在手套箱外面工作,而且还可以坐在凳子上测试。学妹的脸倒是有些红彤彤的,不知道是累的,还是太过于激动开心的缘故。因为距离电影开场还有一段时间,两人选择在216休整。韩嘉莹坐在许秋的腿上,陷在了许秋的怀中,就像电池插在了充电器上一般。充了二十多分钟电,学妹再次变得元气满满,从许秋的身上弹了起来,欢快的说道:“下一站,电影院,我们冲鸭~”五角场,亿达影院。虽然是凌晨的首映,但因为叠加了跨年的因素,人还是比较多的。观影人群的主体以年轻人为主,大概率是周边魔都综合大学或者魔都财经大学的学生。电影名字是“凹凸曼大战毒液”,许秋之前看了看宣传的简介:主要讲述的是这两位宛如神邸一般强大的对手,在一场壮观的战争中相遇,彼时世界命运正悬于一线。为了找到真正的家园,凹凸曼与他的保护者们踏上了一次艰难的旅程。与他们一道前行的还有一个年轻的孤儿女孩……玛利亚,这个女孩与凹凸曼之间存在着一种独特而强大的紧密联系。但意想不到的是,他们在强行的航道上与愤怒的毒液狭路相逢,也由此在全球引起了一系列破坏。一股无形的力量造成了凹凸曼和毒液之间的巨大冲突,深藏在地心深处的奥秘也由此揭开。然后,许秋和韩嘉莹他们具体看了下来,发现剧情大致就是:凹凸曼遇到了毒液,他们打起来了,凹凸曼惨败了,但没有死……接下来,走了走剧情,他们又遇到了,又打起来了,凹凸曼又惨败了,但又没有死……反复几次过后,凹凸曼和毒液他们发现,幕后有大BOSS在暗中操纵这一切。于是,凹凸曼和毒液成为了朋友,一起合力干翻了大BOSS。最终,皆大欢喜。剧情嘛,算是中规中矩,打斗特效做的倒是非常不错。总体评分还是能给到7、8分的,值得一看。电影结束后,众人有序散场。许秋和韩嘉莹在大学路上手拉手,压着马路。途径一家快捷酒店,许秋撇了一眼学妹,见她走路的步伐似乎变慢了不少……于是,许秋试探的问道:“身份证带了嘛?”然后,得到学妹低声的回应:“嗯……”两人走进快捷酒店,许秋主动说道:“老板,来一间大床房。”“不好意思,今晚没有空余房间了。”“我们换下一家?”“好……”“老板,来一间大床房。”“不好意思,已经预定满了。”“老板……”“满了,一周前就预定满了,下次记得早点预定。”这几家都是沿路的快捷酒店,全部都没有空余的房间,别说大床房了,就连标间都被预约满了。许秋不由内心感慨,看来别人都是有备而来啊,果然机会总是会眷顾有准备的人。最后,许秋和韩嘉莹一路走回到了学校。许秋看到了旁边五星级的皇冠假日酒店,向韩嘉莹说道:“去试试运气?”学妹现在也不害羞了,大大方方的说道:“好呀。”“你好,还有房间吗,标间也行?”“先生你好,房间是有的,不过现在只有总统房了,你们要入住吗?”“多少钱?”“先生你好,总统房是1188软妹币一晚上。”“……来一间吧。”………………(据说几个省略号就是几次,划掉)元旦虽说有三天的假期,但对于科研圈是不存在的。因为课题组里的日程安排是1月1号、2号周六、周日休息,1月3号周一照常上班,1月8号周六下午还要补班,所以相当于没有休。1月3号,周一早上。许秋已经拿到了之前交给模拟实验室摸索的两个结果。首先,是不同体系的器件性能,随蒸镀完成后在蒸镀舱内放置时间的变化趋势。结果表明,之前最高效率16.22%的三元IDIC-M/二元COi8DFIC叠层体系,随着放置时间的延长,器件效率呈现先升后降的趋势。在放置时间为12小时的时候,器件效率达到峰值,为16.66%。许秋看到结果时的第一反应:“大概,这就是上帝留给划水实验者们的专属福利?”事实上,许秋之前没有发现这种“放置变好”的实验优化方法,很大程度上是受到了有机合成实验的影响。因为在做Stille偶合反应等有机合成实验的时候,许秋发现投反应的速度越快,最终的结果通常就越好,所以他在做器件的时候也直接代入了同样的想法。这也说明,搞科研这种东西,运气成分真的非常大。此外,这次“放置变好”的实验现象中,除了放置12小时达到峰值外,其他的结果也很有趣。许秋发现,当放置时间达到3小时时,最高效率就已经提升到了16.58%。之后延长放置时间,从6小时、到9小时,再到12小时,效率变化的幅度并不大,就是0.02%、0.03%左右,这样缓慢提升着。再之后,继续延长放置时间,效率下降的幅度同样不大,也是0.02%、0.03%左右,可以认为是效率在短期内已经趋于了稳定。同时,“放置变好”这个现象也不是对所有体系都适用的。许秋一共研究了十七种标准体系,发现其中只有五种体系,存在“放置变好”的实验现象,另外有八种体系是“放置变差”,还有四种体系是“放置不变”。他试着给“放置变好”、“放置变差”以及“放置不变”的体系分别归了归类,然后发现:“放置变好”、“放置变差”的体系,大多是有效层旋涂后,没有经过退火的体系,“放置不变”的体系,大多是经过退火处理的体系。退火这项实验操作,主要影响的是有效层旋涂过后残存的溶剂含量,如果不退火的话,沸点100多摄氏度的氯苯,以及沸点更高,可达200摄氏度以上的溶剂添加剂DIO等肯定会有所残留。因此,许秋认为“放置变好”、“放置变差”、“放置不变”这些实验现象,背后可以归因于:在蒸镀舱的真空环境下,器件内残存溶剂挥发对有效层形貌的影响。对于氯苯、DIO这些溶剂来说,它们在常温常压的条件下不容易挥发。而在常温低压的条件下,就会逐渐从器件有效层中“跑出来”,扩散到外界的真空氛围中。溶剂挥发的过程,是需要一定时间的。正常蒸镀的过程持续时间只有2小时左右,不足以让有效层内部的残留溶剂完全挥发。现在把这个时间额外延长3小时以上,就可以让溶剂近乎完全挥发。溶剂挥发的过程中,也将伴随着有效层显微形貌的改变。如果这个影响是正面的,反应出来的结果就是“放置变好”,反之,就是“放置变差”。在经过退火操作的器件中,因为有效层内残留的溶剂较少,所以可以认为不存在溶剂挥发这个过程。因此,额外的放置时间对于经由退火处理的器件性能的影响并不大。可能长时间放置也会有变化,但在短时间内的表现就是“放置不变”。当然,这些都是许秋提出的观点,具体对不对,只能通过不断的实验来检验。不过,他自我感觉这套理论没什么问题,至少现阶段的实验结果,是支持他这些推论的。许秋决定之后把“真空放置”这个实验操作,与热退火、溶剂退火等并列为一种对加工工艺进行优化的方式。具体操作起来,可以晚上蒸镀完成,不打开蒸镀舱,让基片在舱里“闷一晚上”,等到第二天白天过来再进行测试。这样做,就是消耗的时间会久一些。不过,为了提升器件性能,也是值得付出的成本。对于模拟实验室中的影响倒是不大,因为里面蒸镀舱的数量足够多,可以循环利用不同的蒸镀舱进行实验。另一方面,将PCBM引入顶电池的策略,同样获得了突破性的进展。现在二元IDIC-M/三元COi8DFIC体系在模拟实验室中的结果,器件效率已经达到了16.83%。相较于之前三元IDIC-M/二元COi8DFIC体系的16.22%,提升了0.61%。这个提升幅度在这个阶段,相对还是比较大的。不过,也很正常。之前国家纳米科学技术中心李丹课题组的报道工作,他们二元和三元体系之间的提升也有1%左右,反应到叠层器件中,能有0.61%的提升并不奇怪。现在,“真空放置”和“顶电池三元化”两项策略,双双取得了性能上的突破,可谓是双喜临门。而且,这两项策略许秋之前在摸索的时候,是相互独立的。换言之,如果把它们综合在一起,看现在这趋势,可以说是剑指17%!虽然许秋觉得有些梦幻,在短短一个多月的时间,他就把叠层器件的效率从原先的10%出头,做到了现在的接近17%。但其实从半经验分析结果上来看,叠层器件的性能显著高于单结器件才是正常的,叠层器件性能和单结器件差不多,那才是不正常的。比如,截止2018年6月16号,所有光伏体系中,三结和四结的叠层器件,世界最高效率记录已经分别达到了44.4%和46.0%。而单结器件中的王者,砷化镓光伏器件,最高效率也不过只有35.5%,两者相差10%。之前有机光伏领域一直处于不正常的区间,主要是因为没有找到合适的近红外受体材料。现在许秋团队带领着整个有机光伏领域,补足了这一块空缺,在效率上能够实现“飞跃”也不奇怪。如果能做到17%,就已经是非常好的数据了。看似有机光伏的17%,和其他光伏最高纪录的46.0%差距很大,但只要前者的器件成本能做到后者的三分之一甚至更低,那实际的差距就没有那么大。这也是为什么有些领域虽然性能不好,但也一直有研究者热衷于去研究的原因。PS:三月份一共更新21W+字,日均7000+字,四月份继续努力。PS2:当前月票是1819票,没想到一天涨了300多票,近400票,现在还差不到200票就能破两千了,期待明天早上起来,能看到月票数量是2开头的……