467 17%效率达成,为国争光!(求月票)(第 3/4 页)
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。
而突破所需要的时间,通常都是以年来计算的。
这也是cns和am的不同,许秋叠层器件这一步步优化的过程,如果拆开发表文章的话,每一步优化都能发一篇am,甚至有的都能达到《自然》大子刊的级别。
现在许秋把它们合到一起,只为冲击一篇cns。
除了文章方面,许秋把有机光伏的世界纪录再次刷新,而且大幅领先于国际其他研究者,这是非常具有里程碑性质的事件。
许秋也算是为国争光了。
其实,2015年前,国内在光伏能源相关的研究非常的落后。
根据漂亮国国家可再生能源实验室nrel,出具的各类光伏效率进展图中,包括硅、铜铟镓硒、砷化镓、碲化镉、有机光伏、钙钛矿等各种类型的效率世界纪录,国内上榜的次数不足一成。
不足一成,那都是好听的说法,换成不好听的,就是几乎为0,榜单上几乎看不到国内高校或研究所的名字……
占比较多的是nrel本身,它们就是漂亮国专攻光伏、能源相关的研究所,里面有若干个部门,分别攻关不同领域,魏兴思之前就是从那边出来的。
另外上榜次数非常多的组织,还有漂亮国加利福尼亚大学洛杉矶分校,ucla;袋鼠国新南威尔士大学,unsw;瑞士洛桑联邦理工学院,epfl等等。
当然,这张图表统计的时间是从1975开始的,国内几乎没有上榜,也和国内科研圈是近十年来才开始发力有关。
现阶段,除了有机光伏外,包括钙钛矿光伏领域,国内的发展也非常好,取得了不少突破性的进展,也算是和有机光伏双管齐下。
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