接著,是針對效率17.27%這個最佳批次下的13#器件,在不同放置時間下的器件進行測試,結果表明,放置時間在16小時的器件,效能最佳,可達17.36%。
拿到了最終的17.36%的結果,許秋了長呼一口氣。
這一個多小時折騰下來,他基本上沒有一刻是能休息的,全程都在專注的進行高強度操作。
許秋有種身體被掏空,進入了“賢者時間”的狀態。
好在,結果非常的不錯,終於取得了突破。
而且,現在只是初步摸索的結果,之前資料量能做上去的話,器件效能還有進一步提升的空間。
因此,現實中重複出超過17%效率的機率非常的高。
許秋看了眼時間,距離考試結束還有二十分鐘左右,便沒有急著出去。
他先是將當下的最佳條件,交給模擬實驗人員進行批次重複,然後開始盤點疊層器件一步步走過來的歷程。
最開始,是基於半透明器件,製備較為簡單的“四終端法”疊層器件,當時底電池用的是半透明器件,結果發現即使是薄層金屬電極,光損失仍然非常高,最終的器件效率總是小於10%,這說明“四終端法”並不適合有機光伏體系。
於是,許秋選擇了“二終端法”,開始重新嘗試,結果若干個體系試下來,終於把效率做到了10%。
後來,經過一段時間的工藝摸索,許秋選擇了兩個高效率的體系,底電池J2:IDIC4F,頂電池PCE10:IEICO4F,器件效率終於突破12%,打破了當時疊層器件的世界紀錄。
再後來,許秋對“二終端法”的疊層器件的器件結構進行最佳化,不使用中間的薄層電極作為電荷複合層,而是直接用兩層幾乎透明的傳輸層取代,這樣可以顯著減小頂電池器件的光損失,極大的提升頂電池的電流密度,效率躍升到14%。
接著,許秋在J2:IDIC4F中引入PCBM,用於調控頂電池和底電池之間的光吸收,使兩者的短路電流密度可以更加容易的匹配,成功將效率衝上15%,突破了有機光伏領域公認的一大門檻。
然後,許秋看到Y系列受體在疊層器件中的折戟沉沙,覺得在設計疊層器件結構的時候,不能單單以原單結器件的效率為基準,而是要更多的考慮底電池和頂電池的適配情況,於是他將IDIC4F替換為光吸收範圍偏向於短波長範圍的IDICM,進一步將器件效率往上推進了一些,達到了15.5%。
再然後,許秋試圖尋找其他課題組開發的近紅外非富勒烯受體,來取代原先組裡使用的IEICO4F,結果發現國家奈米科學技術中心李丹課題組開發出來的COi8DFIC,與之前自己的體系最為匹配,最終效率突破16%。
前幾天,學妹心血來潮做了一批器件,結果現實器件的效率反超了模擬實驗室的結果,經研究發現“真空放置”可以提升部分體系器件的效能,透過這種策略,成功將效率提升至16.5%以上。
同時,許秋還從李丹課題組的三元文章中獲得了靈感,將PCBM從底電池有效層中取出,放到頂電池中,最後同樣將器件效率提高到16.5%以上。
現在,許秋整合了“真空放置”和“頂電池三元化”兩大策略,親手操作,終於將器件效率做到了17.36%!
盤點完畢,許秋感慨萬分,想要拿到現在這個結果,確實非常的不容易。
即使在有系統這個大殺器的情況下,疊層器件從零開始一步步最佳化,也花費了兩個多月的時間。
這是許秋迄今為止,耗時最長的一個工作。
按照模擬實驗室的工作效率是現實的十倍來計算,如果換算成現實時間,摸索的過程可能要長達一兩年之久。
其實,這也是CNS級別的工作,普遍需要的工作量。
除非是那種開拓新領域的發現,比如“用膠布撕石墨烯”之類的。
但到了現在的階段,這種新的領域想要開拓出來,非常的困難。
哪怕是諾獎級別的科研大佬,也不能保證自己在有生之年裡,還能夠開拓出一個新的領域來,這非常的看運氣。
因此,現階段都是在現有的領域中拼殺,試圖在某個維度上有所突破。
而突破所需要的時間,通常都是以年來計算的。
這也是CNS和AM的不同,許秋疊層器件這一步步最佳化的過程,如果拆開發表文章的話,每一步最佳化都能發一篇AM,甚至有的都能達到《自然》大子刊的級別。
現在許秋把它們合到一起,只為衝擊一篇CNS。
除了文章方面,許秋把有機光伏的世界紀錄再次重新整理,而且大幅領先於國際其他研究者,這是非常具有里程碑性質的事件。
許秋也算是為國爭光了。
其實,2015年前,國內在光伏能源相關的研究非常的落後。
根據漂亮國國家可再生能源實驗室NREL,出具的各類光伏效率進展圖中,包括矽、銅銦鎵硒、砷化鎵、碲化鎘、有機光伏、鈣鈦礦等各種型別的效率世界紀錄,國內上榜的次數不足一成。
不足一成,那都是好聽的說法,換成不好聽的,就是幾乎為0,榜單上幾乎看不到國內高校或研究所的名字……
佔比較多的是NREL本身,它們就是漂亮國專攻光伏、能源相關的研究所,裡面有若干個部門,分別攻關不同領域,魏興思之前就是從那邊出來的。
另外上榜次數非常多的組織,還有漂亮國加利福尼亞大學洛杉磯分校,UCLA;袋鼠國新南威爾士大學,UNSW;瑞士洛桑聯邦理工學院,EPFL等等。
當然,這張圖表統計的時間是從1975開始的,國內幾乎沒有上榜,也和國內科研圈是近十年來才開始發力有關。
現階段,除了有機光伏外,包括鈣鈦礦光伏領域,國內的發展也非常好,取得了不少突破性的進展,也算是和有機光伏雙管齊下。