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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。

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