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第三十六章 外量子效率

更新時間:2021-03-29  作者:肥美的韭菜
許秋將樣品托放在手套箱的傳送艙內,并不急著拿出來。

他跟隨學姐,來到外量子效率的測試儀器旁,這里有一臺電腦和一個黑色的箱體。

箱體在關閉狀態下的遮光性很好。

打開箱體后,它的內部有光源、透鏡、電源、檢測器、升降平臺,其中光源可以發射不同波長的單色光。

陳婉清開始操作示范。

她把標準硅電池放在升降平臺上,并將其與電源和檢測器連接,然后調節透鏡,使光斑完全打在硅電池表面。

標準硅電池是10厘米×10厘米的,而光斑很小,所以操作起來沒有什么難度。

接著打開電腦,開啟測試軟件,設置參數。

掃描區間設置為300-800納米,步長設置為10納米,

開始測試。

儀器“當當當”的運轉起來,電腦上實時顯示測試結果。

橫坐標為波長,縱坐標為EQE值,從300納米開始,每隔10納米,產生一個數據點。

測試完成后,軟件根據測試結果自動進行校準。

“學姐,接下來的操作換我來吧。”許秋已經通過系統影像提前看了一遍操作流程。

“你確定?等下測樣品時光斑聚焦可不容易哦。”陳婉清道。

“沒事,你放心。”

“好呀。”陳婉清說完將位置讓給許秋。

許秋從傳送艙將樣品托取出,石英玻璃窗口的那一面朝上,放在升降平臺上,將探針與電源和檢測器連接。

接下來,要將光源的光斑聚焦在待測電池上。

這步操作確實比較難,因為每個電池器件的面積僅有0.09平方厘米。

如果光斑沒有完全照射在這個范圍內,那么范圍外的光能將會損失,最終測試結果就會偏低。

不過這難不倒許秋,他耐心調試了一會兒,便將光斑調好,啟動測試。

“你這操作可以啊。”陳婉清贊嘆道。

“基本操作而已,不值一提。”許秋隨意擺擺手道:“話說,為什么電池器件的面積要做的這么小呢,做一個1平方厘米的不好嗎?”

“因為電池面積越大,光電轉換效率就越低啊,”陳婉清道:

“現階段為了獲得高效率,大部分課題組都是做小面積的,一般國際慣例是0.09或0.04平方厘米,不過也有比較夸張的課題組,會做0.01平方厘米的器件。”

“讓我想想,”許秋思考了一會兒,說道:

“我明白了,我們旋涂出來的有效層薄膜,肉眼看上去幾乎是均勻的,但其實每個區域都有細微的差別。

比如一個0.09平方厘米的器件A,將其均分為9部分A1-A9,每一部分面積0.01平方厘米。

A1-A9的光電轉換效率可能在5.0-5.5%之間波動,那么最終A的效率約為5.25%。

最后比較最高效率,0.09大面積的差不多在5.3%左右,而0.01小面積的則是5.5%,甚至能夠波動到更高的數值。

是不是這個原因呢,學姐。”

“是呀,差不多就是這個樣子,現在有機光伏還處于實驗室階段,所以沒有統一的標準,”陳婉清道:

“我之前還看到一篇文獻,標題上寫著光電轉換效率達到了15%以上,結果一看期刊是個SCI二區的。

我當時就震驚了,這就算發不了自然、科學,也能發一個它們的大子刊。

然后我就仔細看了正文,發現原來它用的是單色光,而不是模擬的太陽光,就是在標題搞了個噱頭而已。”

…………

樣品測試結束。

EQE曲線的形狀大體上和有效層的光吸收光譜差不多,通過軟件內自帶的積分功能,可計算出理論上的短路電流密度。

這個樣品的理論結果是11.96毫安每平方厘米,J-V曲線實測結果是12.05毫安每平方厘米。

兩者誤差在5%之間,表明后者的測試結果可信。

之后,許秋又測試了另外的五組器件。

到下午五點十五分,全部測試完畢。

“學姐預測的挺準啊,今天果然不用加班。”許秋道。

“熟能生巧嘛,”陳婉清道:“對了,晚上去吃什么?”

“怎么,學姐要請客嗎?”

“上周不是答應你了嘛。”

“我當時就是開個玩笑,這怎么好意思,那就去吃哥老關火鍋吧。”

“好呀。”

因為是周五晚上,吃火鍋的人還是比較多的。

許秋取了個號,A65,前面還有12桌,估計要等一個小時左右。

等待期間,他也沒閑著,向陳婉清請教問題。

雖然閱讀文獻也可以獲得答案,但是真人指導效果自然是更好的。

搞科研是個系統的工作,遇到的各個細節都要弄明白,保不準哪天就會用上。

因為每測試的每一個數據,最終都要轉化為對結果的論證,總不能在寫論文時,告訴別人,我們測試了一個XXX,得到的數據是XXX,然后就截然而止。

必須對所得數據進行分析,討論它與論文結論的關系。

如果是比較異常的結果,無法解釋,那也要說明“這個現象我們暫時無法解釋”,但這樣的話出現一兩次還可以,通篇都是“我們無法解釋”的話,就會被審稿人教做人了。

“剛才測試時,我發現我們做的器件,大多數波長下的EQE值都在60%以下,而硅電池卻能到80%以上,這是為什么呢。”許秋問道。

“簡單來說,就是現在使用的P3HT材料存在很多問題,需要改進。

如果要具體展開來說,首先你要知道太陽能轉化為電能的過程:

太陽光照射出光子,光電材料組成的有效層吸收光子,其內部產生電子-空穴對,然后電子-空穴對拆分為自由電荷、自由電荷在材料內輸運,接著在電極處被收集,最終形成電流。

這個過程很復雜,中途任何一個步驟出現問題,都會導致電流損失,表觀上看到的就是EQE低。”陳婉清道。

“我懂了,”許秋道:“所以人們就基于P3HT,進行改進,到現在最好用的給體材料就是PTB7-TH。”

“是啊,有機光伏領域發展了20年,材料也迭代了好多代,包括PTB7-TH,你知道它為什么叫這個名字嗎?”陳婉清問道。

許秋搖搖頭,他也只是知道一個名稱而已。

陳婉清解釋道:

“這是一個系列的材料,其中T表示噻吩并噻吩單元,B表示苯并噻二唑單元,P表示它是由這兩個單元共聚而成的聚合物,所以最早它是叫PTB。

后來研究者們又基于PTB,對其進行改性,得到PTB2、PTB3,一直到PTB7。

再將PTB7上一個支鏈上的苯環改為噻吩環,所以加上了一個噻吩的縮寫-TH,就得到了現在的PTB7-TH。

而且,這20年來,主要改進的方向都是聚合物給體材料,受體一直使用的都是PCBM系列。

或許將來某一天,受體領域也能夠取得突破,對有機光伏領域造成翻天覆地的改變吧。”

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