“行,等下蒸镀的时候叫我,我来帮你。”许秋想到他蒸镀的熟练度还不到四阶,便主动揽活。
“好呀,辛苦学弟啦。”
“没事。”
许秋回到办公桌坐下,开始考虑考试周的安排。
复习自然是主旋律,但是阅读文献、做实验、锻炼身体也不能落下。
每天二十四小时。
要想完成三个周任务,每天就要抽出一小时阅读文献、一小时长跑、两到三小时实验、八小时睡眠、两小时吃饭。
还剩下九到十个小时,那么就六小时复习,两到三小时休息。
文献方面的话主要看与项目有关的。
项目标题是《基于柔性衬底的有机太阳能电池器件制备与性能表征》,与常规电池器件的主要差异就是衬底的不同。
因此首先需要寻找可以作为衬底的柔性材料,其次要找出相较于传统玻璃基片,柔性衬底面临的问题以及相应的解决方案。
实验方面,许秋不打算到实验室,准备在模拟实验室中进行,这样可以随时开启或暂停实验,较为方便灵活。
主攻方向有两个,一个是解决项目中遇到的问题。
另一个则是摸索基于PTB7-TH给体的器件制备工艺,他打算在项目中也使用PTB7-TH,而非之前用的P3HT。
据文献报道,基于PTB7-TH的最高效率已经达到了10%以上,所使用的受体材料是传统的PC[60]BM和PC[70]BM。
而且该实验结果被多个课题组重复报道,这种材料也被简单粗暴的命名为PCE-10,它是当前有机太阳能电池领域的明星给体材料。
搞科研如果不能独领风骚的话,还是要紧跟潮流才行。
“学弟,可以蒸镀啦。”
陈婉清的声音将许秋唤回现实,他点点头,然后问道:
“学姐,你那边有没有关于柔性衬底有机太阳能电池的文献?”
“应该是有的,魏老师好像总结过,我找找看,等下把电子版拷贝给你。”陈婉清道。
“好的。”
…………
学姐的基片一共有18片,基于6组不同比例的P3HT:PC[60]BM:PC[70]BM共混薄膜,每组做了3种转速。
许秋进行蒸镀,测试,一切都很顺利。
实验结果表明,随着质量比从1:1:0,逐渐变化为1:0:1,器件的光电转换效率先提高,后降低。
在质量比为1:0.2:0.8时达到了极值,最高效率是5.52%。
许秋将实验结果告诉学姐,然后道:
“这都快接近世界纪录了吧,我记得最高是做到了5.6%。”
“5.6%的那个是P3HT:PC[60]BM基准体系,我们还加了PC[70]BM,所以没有可比性。”陈婉清道:
“像是P3HT体系,如果用ICBA受体的话,效率都到7.2%了。
而且想要冲击世界纪录,电池器件必须去专门的检测机构进行测试,开具第三方检验结果,其他研究者才会承认这个数据。”
“这是怕数据造假吗?”许秋问道。
“是呀,实验数据造假的成本几乎为0,比如我们把测试软件中有效面积从0.09平方厘米改为0.08平方厘米,效率就能从5.52%提升到6.19%,直接提升了12.5%。
如果不做检测,单从实验数据上来看,根本看不出破绽。”陈婉清道。
“难怪每年都有那么多学术不当和学术不端的案例报道,造假出成果确实轻松啊。”许秋道。
“但假的终究是假的,像一颗地雷一样,迟早有一天会被引爆,之前就有某校长被爆出早期科研成果造假然后被免职的。”陈婉清道。
许秋深以为然的点点头,随后问道:
“话说学姐这样混合几种常用的原料,把效率从5.28%做到了5.52%,真的的有意义吗?”
“确实意义不大,主要是用来练手的。”陈婉清耸耸肩,说道:
“不过这怎么说也是我一年努力的结果,哪怕是中文核心期刊,也要想办法发表出去。而且现在托你的福,估计还能发个SCI二区。
接下来,我就要做PTB7-TH了,然后在它的基础上进行改性,合成新材料,争取发几篇好文章。”
“学姐肯定可以的。“许秋鼓励道。
“对了,等下需要测试器件的外量子效率,EQE曲线。”陈婉清道。
“这个我知道,是用来标定短路电流密度的吧,在文献中都是和J-V特性曲线放在一起的。”许秋道。
“是的,EQE的定义很简单,就是收集到的电子数与入射光子数之比,通常情况下它的数值介于0到1之间,例如:
某电池器件在530纳米处的外量子效率为50%,就表明每吸收1单位波长为530纳米的光子,就有0.5单位的光子转化为了电子。
因为测试仪器比较大,手套箱内装不下,所以需要将基片拿出来测试。
但基片上的有效层、铝电极等在空气中会被氧化,所以需要装到密封的样品托中进行测试。”陈婉清道。
许秋拿起手套箱中的样品托,仔细观察。
它分为两部分,均为圆形铁质部件。
一部分是带有石英玻璃的平台,上面有一正方形的卡槽,可以放入一片基片。
另一部分则是带有八根探针的盖子,盖子和平台合二为一后,探针刚好可以扎在基片的六个铝电极和ITO电极上。
只需要测试每种条件下最高效率器件的EQE曲线,所以只用测试6片。
许秋用镊子夹了一片待测器件,将其背面朝向石英玻璃,放入平台中,然后将盖子压上。
随后旋紧盖子上的三枚六角螺丝,平台和盖子间便几乎没有空隙,外部空气短时间内难以渗透进入样品托内部,可提供短期的无氧环境。
第三十六章 外量子效率
许秋将样品托放在手套箱的传送舱内,并不急着拿出来。
他跟随学姐,来到外量子效率的测试仪器旁,这里有一台电脑和一个黑色的箱体。
箱体在关闭状态下的遮光性很好。
打开箱体后,它的内部有光源、透镜、电源、检测器、升降平台,其中光源可以发射不同波长的单色光。
陈婉清开始操作示范。
她把标准硅电池放在升降平台上,并将其与电源和检测器连接,然后调节透镜,使光斑完全打在硅电池表面。
标准硅电池是10厘米×10厘米的,而光斑很小,所以操作起来没有什么难度。
接着打开电脑,开启测试软件,设置参数。
扫描区间设置为300-800纳米,步长设置为10纳米,
开始测试。
仪器“当当当”的运转起来,电脑上实时显示测试结果。
横坐标为波长,纵坐标为EQE值,从300纳米开始,每隔10纳米,产生一个数据点。
测试完成后,软件根据测试结果自动进行校准。
“学姐,接下来的操作换我来吧。”许秋已经通过系统影像提前看了一遍操作流程。
“你确定?等下测样品时光斑聚焦可不容易哦。”陈婉清道。
“没事,你放心。”
“好呀。”陈婉清说完将位置让给许秋。
许秋从传送舱将样品托取出,石英玻璃窗口的那一面朝上,放在升降平台上,将探针与电源和检测器连接。
接下来,要将光源的光斑聚焦在待测电池上。
这步操作确实比较难,因为每个电池器件的面积仅有0.09平方厘米。
如果光斑没有完全照射在这个范围内,那么范围外的光能将会损失,最终测试结果就会偏低。
不过这难不倒许秋,他耐心调试了一会儿,便将光斑调好,启动测试。
“你这操作可以啊。”陈婉清赞叹道。
“基本操作而已,不值一提。”许秋随意摆摆手道:“话说,为什么电池器件的面积要做的这么小呢,做一个1平方厘米的不好吗?”
“因为电池面积越大,光电转换效率就越低啊,”陈婉清道:
“现阶段为了获得高效率,大部分课题组都是做小面积的,一般国际惯例是0.09或0.04平方厘米,不过也有比较夸张的课题组,会做0.01平方厘米的器件。”
“让我想想,”许秋思考了一会儿,说道:
“我明白了,我们旋涂出来的有效层薄膜,肉眼看上去几乎是均匀的,但其实每个区域都有细微的差别。
比如一个0.09平方厘米的器件A,将其均分为9部分A1-A9,每一部分面积0.01平方厘米。
A1-A9的光电转换效率可能在5.0-5.5%之间波动,那么最终A的效率约为5.25%。
最后比较最高效率,0.09大面积的差不多在5.3%左右,而0.01小面积的则是5.5%,甚至能够波动到更高的数值。
是不是这个原因呢,学姐。”
“是呀,差不多就是这个样子,现在有机光伏还处于实验室阶段,所以没有统一的标准,”陈婉清道:
“我之前还看到一篇文献,标题上写着光电转换效率达到了15%以上,结果一看期刊是个SCI二区的。
我当时就震惊了,这就算发不了《自然》、《科学》,也能发一个它们的大子刊。
然后我就仔细看了正文,发现原来它用的是单色光,而不是模拟的太阳光,就是在标题搞了个噱头而已。”
…………
样品测试结束。
EQE曲线的形状大体上和有效层的光吸收光谱差不多,通过软件内自带的积分功能,可计算出理论上的短路电流密度。
这个样品的理论结果是11.96毫安每平方厘米,J-V曲线实测结果是12.05毫安每平方厘米。
两者误差在5%之间,表明后者的测试结果可信。
之后,许秋又测试了另外的五组器件。
到下午五点十五分,全部测试完毕。
“学姐预测的挺准啊,今天果然不用加班。”许秋道。
“熟能生巧嘛,”陈婉清道:“对了,晚上去吃什么?”
“怎么,学姐要请客吗?”
“上周不是答应你了嘛。”
“我当时就是开个玩笑,这怎么好意思,那就去吃哥老关火锅吧。”
“好呀。”
因为是周五晚上,吃火锅的人还是比较多的。