我有科研輔助系統(tǒng) 467 17%效率達(dá)成,為國爭光

模擬實(shí)驗(yàn)室中，許秋發(fā)現(xiàn)將“真空放置一段時(shí)間”和“頂電池三元化”兩種策略綜合在一起，確實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)11>1的效果。

不過，現(xiàn)階段的最高器件效率仍然沒有突破17，只有16.94，相較于前值的16.66和16.83，提升幅度并不高。

許秋估計(jì)是因?yàn)槊鲿r(shí)間比較短的緣故。

這種開創(chuàng)性的摸索工作，只能交給模擬實(shí)驗(yàn)室III來進(jìn)行。

模擬實(shí)驗(yàn)室III中，只有兩個(gè)高級(jí)模擬實(shí)驗(yàn)人員，就算它們24小時(shí)不間斷的工作，加起來的工作效率也只有現(xiàn)實(shí)中的十倍左右。

對(duì)于普通器件的體系來說，模擬實(shí)驗(yàn)室III出馬，耗費(fèi)一兩天的時(shí)間，就相當(dāng)于現(xiàn)實(shí)中連續(xù)工作十多天、二十多天，足夠把條件摸索的較為完美。

而疊層器件的摸索工作非常的繁瑣，給模擬實(shí)驗(yàn)室?guī)滋斓臅r(shí)間顯然是不夠的。

雖說如此，模擬實(shí)驗(yàn)室其實(shí)已經(jīng)做了不少的工作，初步得到了器件效率隨頂電池和底電池厚度變化的二維圖譜。

只是這個(gè)二維圖譜的精度不夠，還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，把最佳條件給找出來。

許秋從二維圖譜中，找到了兩根主要的等效率線。

14等效率線：頂電池厚度處于90180納米范圍內(nèi)，底電池厚度處于120300納米范圍內(nèi)的條件下，得到的疊層器件效率，在大多數(shù)情況下可以達(dá)到14以上。

16等效率線：頂電池厚度處于120150納米范圍內(nèi)，底電池厚度處于180210納米范圍內(nèi)的條件下，器件的效率大多數(shù)情況下可以達(dá)到16以上。

之所以說是大多數(shù)情況，是因?yàn)榈玫降牡刃示€并不是一個(gè)矩形，而是一個(gè)近似于三角形的樣子。

也很容易理解，比如在第一種14等效率線的條件下，選取兩個(gè)邊界條件，頂電池厚度90納米，底電池厚度300納米，這樣得到的器件性能肯定不會(huì)很高。

因?yàn)榈纂姵刈龅姆浅５暮瘢鼤?huì)吸收較多的光，短路電流密度較高，而頂電池厚度比較薄，得到的短路電流密度較小，難以和底電池相匹配，進(jìn)而就會(huì)造成器件性能損失。

因此，現(xiàn)在許秋要做的事情，就是在16等效率線中，把最高效率點(diǎn)給找出來。

他打算親自上陣，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

之前模擬實(shí)驗(yàn)人員摸索的時(shí)候，是以30納米厚度做為間隔摸索的。

許秋準(zhǔn)備以10納米為精度，那么頂電池厚度120150納米范圍內(nèi)，一共有4個(gè)檔次，底電池厚度180210納米范圍內(nèi)，同樣有4個(gè)檔次，也就是一共要摸索4416種條件。

如果每種條件制作3批器件，每批器件重復(fù)3片，一共1633144片，這太多了，一個(gè)半小時(shí)絕對(duì)做不完。

如果每種條件制作2批器件，每批器件重復(fù)2片，一共64片，好像還是挺多的樣子。

思索片刻，許秋決定繼續(xù)降低標(biāo)準(zhǔn)：

每種條件制作1批，每批器件重復(fù)1片，那么總器件數(shù)量就縮減到只有16片。

一般光伏器件都要重復(fù)10批以上，但現(xiàn)在許秋沒有那么多時(shí)間，就只能希望自己歐一些，可以一發(fā)入魂，突破17！

考慮到接下來的實(shí)驗(yàn)工作可能會(huì)消耗比較多的時(shí)間，許秋先是回到現(xiàn)實(shí)。

他看了看周圍，發(fā)現(xiàn)沒有什么異常情況，然后調(diào)整了一個(gè)比較舒服的坐姿，重新返回到模擬實(shí)驗(yàn)室中。

接著，許秋開啟了塵封許久的模擬實(shí)驗(yàn)室I。

隨著系統(tǒng)的不斷升級(jí)，模擬實(shí)驗(yàn)室I現(xiàn)在已經(jīng)可以開啟最高64倍的加速功能。

不過，因?yàn)槟M實(shí)驗(yàn)室II和III可以自動(dòng)掛機(jī)的緣故，所以許秋很少用模擬實(shí)驗(yàn)室I。

但其實(shí)，64倍的加速，這個(gè)功能還是非常強(qiáng)大的。

對(duì)于蒸鍍操作來說，本來要抽一個(gè)小時(shí)的真空，在64倍速的條件下，就只需要一分鐘的時(shí)間。

蒸鍍過后要放置12個(gè)小時(shí)，64倍速換算過來，也只要10分鐘。

當(dāng)然，積分消耗也是非常的夸張，64倍速使用一個(gè)小時(shí)，就需要消耗6400積分。

好在許秋現(xiàn)在剩余積分非常的多，有20多W，足夠他揮霍了。

模擬實(shí)驗(yàn)室I中除了可以加速外，還有不少其他額外的好處。

一方面，基片不用清洗。

而且，最近因?yàn)樵谧霪B層器件，所以現(xiàn)在的基片都已經(jīng)按照最佳的條件，旋涂好了用于疊層器件的兩層傳輸層，氧化鋅和PFNBr。

因此，可以直接從底電池的有效層開始旋涂，從而節(jié)省大量的時(shí)間。

另一方面，模擬實(shí)驗(yàn)人員已經(jīng)通過若干次旋涂實(shí)驗(yàn)，結(jié)合光吸收光譜儀、掃描電子顯微鏡等手段，得到了旋涂轉(zhuǎn)速和膜厚之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

許秋可以直接按照指定轉(zhuǎn)速旋涂，即可得到對(duì)應(yīng)的膜厚，不需要自己重復(fù)摸索，也節(jié)省了不少的時(shí)間。

準(zhǔn)備就緒，開始實(shí)驗(yàn)。

許秋取來旋涂好兩層傳輸層的基片，首先開始旋涂不同厚度的J4:IDICM，作為底電池有效層。

在旋涂的過程中，并不能全程64倍加速。

比如夾取基片等過程，必須要按正常速度或者低倍加速。

不過，在基片旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，還是可以加速的。

換算下來，平常旋涂一片需要用時(shí)2分鐘，現(xiàn)在64倍速下，大概需要用1015秒鐘。

16片涂完，一共消耗了5分鐘不到的現(xiàn)實(shí)時(shí)間。

接下來，許秋繼續(xù)旋涂MPEDOT，作為第三層傳輸層，旋涂氧化鋅，作為第四層傳輸層。

這兩層旋涂過后需要擦片、退火。

退火雖然需要十分鐘到十五分鐘，但因?yàn)榭梢园阉谢旁谝黄鹜嘶穑栽?4倍加速下，實(shí)際耗時(shí)可以忽略不計(jì)。

兩步旋涂，加上擦片、退火，合計(jì)時(shí)間每片基片大約30秒左右，共計(jì)消耗10分鐘不到。

許秋繼續(xù)旋涂頂電池的有效層，PCE10:PCBM:COi8DFIC。

這步耗時(shí)和底電池有效層旋涂類似，同樣是5分鐘不到。

最后一步，是蒸鍍?nèi)趸f和銀電極。

在蒸鍍之前，許秋突然靈機(jī)一動(dòng)，他把旋涂出來的16片基片，各自復(fù)制成10份，準(zhǔn)備同時(shí)蒸鍍10次，這樣就可以得到10批器件。

雖然這10批器件的有效層都是完全一樣的，但是因?yàn)檎翦儾僮饔胁町悾梢砸源私频呐懦翦儾僮鲗?duì)器件性能的影響。

包括之后的真空放置操作，許秋也準(zhǔn)備同時(shí)復(fù)制出來多個(gè)器件，然后摸索不同放置時(shí)間對(duì)器件性能的影響。

這樣，他雖然只做了一批器件，但是實(shí)際上已經(jīng)把包括蒸鍍、真空放置的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)都同時(shí)完成了，有更大的概率可以讓自己的器件效率波動(dòng)的更高。

這算是作為人的優(yōu)勢(shì)，如果是模擬實(shí)驗(yàn)室的模擬人員進(jìn)行操作，是玩不出許秋這樣套路的，它們只會(huì)按部就班的一批一批器件進(jìn)行制備。

就是不知道現(xiàn)在許秋把這個(gè)方法開發(fā)了出來，他們會(huì)不會(huì)同步的學(xué)會(huì)，這一點(diǎn)還有待觀察。

接下來，許秋蒸鍍了10批器件，并真空放置，在64倍加速下，加起來一共不到30分鐘時(shí)間。

10批器件全部制備完畢，共計(jì)耗時(shí)45分鐘左右。

看似初始條件下許秋只做了16片器件，但經(jīng)過兩次復(fù)制，總的器件數(shù)量已經(jīng)膨脹到了1000多片。

終于到了激動(dòng)人心的測(cè)試環(huán)節(jié)了。

因?yàn)橛屑铀伲詼y(cè)試還是比較快的。

基本上連線完成，就可以秒出結(jié)果。

差不多平均15秒能測(cè)試得到一個(gè)結(jié)果。

許秋選取了自己蒸鍍時(shí)手感最好的那批器件，統(tǒng)一選擇真空放置時(shí)間條件為12小時(shí)。

開艙，進(jìn)行測(cè)試。

許秋的策略是，把初次測(cè)試效率低于16.5的器件直接舍棄。

如果初次能達(dá)到16.5，那么就給它三次掃描機(jī)會(huì)，如果性能達(dá)不到17，就直接舍棄。

就這樣，許秋接連測(cè)試了1#到12#，共計(jì)12片器件。

其中，最好的一個(gè)體系是7#，最高效率達(dá)到了16.96，離17非常近了。

當(dāng)時(shí)許秋額外破例，給了它更多的幾次機(jī)會(huì)，結(jié)果，越測(cè)越低，最后他只好放棄。

直到第13#器件，許秋終于第一次拿到了初始效率超過17的數(shù)據(jù)，達(dá)到了17.07。

他更換了遮擋板的位置，連續(xù)掃描了十個(gè)數(shù)據(jù)，最高效率為17.11。

許秋想了想，先把14#、15#、16#測(cè)了一遍，發(fā)現(xiàn)沒有其他初始效率超過17的器件，然后就開始專攻13#。

13#對(duì)應(yīng)的加工條件，是頂電池厚度約130納米，底電池厚度約190納米的條件。

許秋找到了13#器件上百個(gè)“兄弟姐妹”們，進(jìn)行測(cè)試。

首先，是不同蒸鍍批次，同樣12小時(shí)真空放置時(shí)間下的另外9個(gè)13#器件，測(cè)試完畢后，最高效率提高至17.27。

接著，是針對(duì)效率17.27這個(gè)最佳批次下的13#器件，在不同放置時(shí)間下的器件進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，放置時(shí)間在16小時(shí)的器件，性能最佳，可達(dá)17.36。

拿到了最終的17.36的結(jié)果，許秋了長呼一口氣。

這一個(gè)多小時(shí)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(jìn)行高強(qiáng)度操作。

許秋有種身體被掏空，進(jìn)入了“賢者時(shí)間”的狀態(tài)。

好在，結(jié)果非常的不錯(cuò)，終于取得了突破。

而且，現(xiàn)在只是初步摸索的結(jié)果，之前數(shù)據(jù)量能做上去的話，器件性能還有進(jìn)一步提升的空間。

因此，現(xiàn)實(shí)中重復(fù)出超過17效率的概率非常的高。

許秋看了眼時(shí)間，距離考試結(jié)束還有二十分鐘左右，便沒有急著出去。

他先是將當(dāng)下的最佳條件，交給模擬實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行批量重復(fù)，然后開始盤點(diǎn)疊層器件一步步走過來的歷程。

最開始，是基于半透明器件，制備較為簡單的“四終端法”疊層器件，當(dāng)時(shí)底電池用的是半透明器件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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于10，這說明“四終端法”并不適合有機(jī)光伏體系。

于是，許秋選擇了“二終端法”，開始重新嘗試，結(jié)果若干個(gè)體系試下來，終于把效率做到了10。

后來，經(jīng)過一段時(shí)間的工藝摸索，許秋選擇了兩個(gè)高效率的體系，底電池J2:IDIC4F，頂電池PCE10:IEICO4F，器件效率終于突破12，打破了當(dāng)時(shí)疊層器件的世界紀(jì)錄。

再后來，許秋對(duì)“二終端法”的疊層器件的器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，不使用中間的薄層電極作為電荷復(fù)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，用于調(diào)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，成功將效率沖上15，突破了有機(jī)光伏領(lǐng)域公認(rèn)的一大門檻。

然后，許秋看到Y(jié)系列受體在疊層器件中的折戟沉沙，覺得在設(shè)計(jì)疊層器件結(jié)構(gòu)的時(shí)候，不能單單以原單結(jié)器件的效率為基準(zhǔn)，而是要更多的考慮底電池和頂電池的適配情況，于是他將IDIC4F替換為光吸收范圍偏向于短波長范圍的IDICM，進(jìn)一步將器件效率往上推進(jìn)了一些，達(dá)到了15.5。

再然后，許秋試圖尋找其他課題組開發(fā)的近紅外非富勒烯受體，來取代原先組里使用的IEICO4F，結(jié)果發(fā)現(xiàn)國家納米科學(xué)技術(shù)中心李丹課題組開發(fā)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(xué)妹心血來潮做了一批器件，結(jié)果現(xiàn)實(shí)器件的效率反超了模擬實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)“真空放置”可以提升部分體系器件的性能，通過這種策略，成功將效率提升至16.5以上。

同時(shí)，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，最后同樣將器件效率提高到16.5以上。

現(xiàn)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，終于將器件效率做到了17.36！

盤點(diǎn)完畢，許秋感慨萬分，想要拿到現(xiàn)在這個(gè)結(jié)果，確實(shí)非常的不容易。

即使在有系統(tǒng)這個(gè)大殺器的情況下，疊層器件從零開始一步步優(yōu)化，也花費(fèi)了兩個(gè)多月的時(shí)間。

這是許秋迄今為止，耗時(shí)最長的一個(gè)工作。

按照模擬實(shí)驗(yàn)室的工作效率是現(xiàn)實(shí)的十倍來計(jì)算，如果換算成現(xiàn)實(shí)時(shí)間，摸索的過程可能要長達(dá)一兩年之久。

其實(shí)，這也是CNS級(jí)別的工作，普遍需要的工作量。

除非是那種開拓新領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)，比如“用膠布撕石墨烯”之類的。

但到了現(xiàn)在的階段，這種新的領(lǐng)域想要開拓出來，非常的困難。

哪怕是諾獎(jiǎng)級(jí)別的科研大佬，也不能保證自己在有生之年里，還能夠開拓出一個(gè)新的領(lǐng)域來，這非常的看運(yùn)氣。

因此，現(xiàn)階段都是在現(xiàn)有的領(lǐng)域中拼殺，試圖在某個(gè)維度上有所突破。

而突破所需要的時(shí)間，通常都是以年來計(jì)算的。

這也是CNS和AM的不同，許秋疊層器件這一步步優(yōu)化的過程，如果拆開發(fā)表文章的話，每一步優(yōu)化都能發(fā)一篇AM，甚至有的都能達(dá)到《自然》大子刊的級(jí)別。

現(xiàn)在許秋把它們合到一起，只為沖擊一篇CNS。

除了文章方面，許秋把有機(jī)光伏的世界紀(jì)錄再次刷新，而且大幅領(lǐng)先于國際其他研究者，這是非常具有里程碑性質(zhì)的事件。

許秋也算是為國爭光了。

其實(shí)，2015年前，國內(nèi)在光伏能源相關(guān)的研究非常的落后。

根據(jù)漂亮國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室NREL，出具的各類光伏效率進(jìn)展圖中，包括硅、銅銦鎵硒、砷化鎵、碲化鎘、有機(jī)光伏、鈣鈦礦等各種類型的效率世界紀(jì)錄，國內(nèi)上榜的次數(shù)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(nèi)高校或研究所的名字……

占比較多的是NREL本身，它們就是漂亮國專攻光伏、能源相關(guān)的研究所，里面有若干個(gè)部門，分別攻關(guān)不同領(lǐng)域，魏興思之前就是從那邊出來的。

另外上榜次數(shù)非常多的組織，還有漂亮國加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校，UCLA；袋鼠國新南威爾士大學(xué)，UNSW；瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院，EPFL等等。

當(dāng)然，這張圖表統(tǒng)計(jì)的時(shí)間是從1975開始的，國內(nèi)幾乎沒有上榜，也和國內(nèi)科研圈是近十年來才開始發(fā)力有關(guān)。

現(xiàn)階段，除了有機(jī)光伏外，包括鈣鈦礦光伏領(lǐng)域，國內(nèi)的發(fā)展也非常好，取得了不少突破性的進(jìn)展，也算是和有機(jī)光伏雙管齊下。

此時(shí)，現(xiàn)實(shí)中。

講臺(tái)上的汪繼增一直在觀察著許秋，他自然聽說過許秋的大名。

不僅如此，他還經(jīng)常跑到魏興思課題組的網(wǎng)站上，查看許秋最近有沒有什么新的工作發(fā)表。

結(jié)果，每次看幾乎都有新的文章出來，而且還都是自己求之不得的AM級(jí)別以上的文章。

因此，汪繼增非常好奇這位傳奇人物，是怎么做到發(fā)文章如喝水一般的呢？

作為一個(gè)青椒學(xué)者來說，文章就是壓在他們頭上的一座大山。

尤其是像他這種沒有什么背景的青椒副教授，能否晉升教授，幾乎全靠自己的學(xué)術(shù)成果。

之前在監(jiān)考助教的名單上看到了許秋，汪繼增還有一絲莫名的感覺。

想著能不能借此機(jī)會(huì)結(jié)識(shí)一下對(duì)方，請(qǐng)教一下發(fā)文章的秘訣，結(jié)果發(fā)現(xiàn)許秋非常的“高冷”，發(fā)完試卷就坐在后面的座位上。

然后，紋絲不動(dòng)。

是真的那種紋絲不動(dòng)。

汪繼增內(nèi)心感慨，果然，別人成功不是偶然的。

這種定力就不是自己能做到的。

就在這時(shí)，汪繼增突然看到許秋動(dòng)了，好像要起身的樣子。

然后起了一半，沒起來，又跌坐了回去，還發(fā)出了輕微的撞擊聲。

這是在做什么，一種特殊的修煉手段嗎？

果然，大佬的世界，和我這等凡人并不一樣。

另一方面，許秋從模擬實(shí)驗(yàn)室返回現(xiàn)實(shí)，發(fā)現(xiàn)自己保持一個(gè)動(dòng)作連續(xù)坐一個(gè)小時(shí)，屁股和腿都坐麻了。

本來想站起來的，結(jié)果起了一半發(fā)現(xiàn)起不來，就又坐回去了，結(jié)果力度沒控制好，發(fā)出了“duang”的一聲，好在周邊沒有其他學(xué)生，不然就尷尬了。

這讓他想起了之前的黑歷史。

當(dāng)時(shí)許秋在衛(wèi)生間里以蹲著的狀態(tài)，進(jìn)入模擬實(shí)驗(yàn)室，結(jié)果回到現(xiàn)實(shí)，發(fā)現(xiàn)腿麻了，差點(diǎn)掉坑里……

因此，之后他如果要長時(shí)間在模擬實(shí)驗(yàn)室中做實(shí)驗(yàn)的話，基本都會(huì)選擇在寢室的床上進(jìn)入模擬實(shí)驗(yàn)室。

平常在外面的話，一般只是進(jìn)去看一眼結(jié)果就跑，不會(huì)待在里面太久。

坐在座位上緩了一陣子后，許秋終于恢復(fù)了正常。

他起身巡視了一番，發(fā)現(xiàn)這屆學(xué)生都比較乖，居然沒有作弊的。

不過仔細(xì)想想，這是門專業(yè)選修課，可能難度并不是很高。

同時(shí)，閉卷考試的考題難度一般也比較低，主要是為了不讓學(xué)生掛科。

而開卷考試反而因?yàn)榭梢圆殚嗁Y料，老師會(huì)把難度設(shè)置的比較高，不然最后全部都是滿分，就很難給成績。

開卷考試為了區(qū)分A檔和其他檔，老師在出題時(shí)，要么出幾道有區(qū)分度的題目，比如像《復(fù)合材料》老師就把課堂上講過的，PPT中沒有的題目考了出來；要么就把試卷題目設(shè)置的非常多，用來篩選那些寫字手速比較慢的學(xué)生。

許秋溜達(dá)了一圈，最后走上了講臺(tái)。

他發(fā)現(xiàn)從上面往下看，視角非常的清晰，幾乎是一覽無余，如果下面的學(xué)生有什么異常的情況，一眼就可以發(fā)現(xiàn)。

許秋突然明白，之前他都能發(fā)現(xiàn)的作弊現(xiàn)象，大概率監(jiān)考老師也可以發(fā)現(xiàn)，只是他們選擇了“睜一只眼閉一只眼”。

又過了一會(huì)兒，考試結(jié)束的鐘聲，終于再次響起。

這場(chǎng)考試提前交卷的人并不多，只有三個(gè)，剩下的都拖到了最后。

一般要提前交卷的話，都是交的很早，提前二十分鐘或者半小時(shí)的樣子。

快到考試快結(jié)束的時(shí)候，再提前交卷，監(jiān)考老師一般就不會(huì)同意了。

因?yàn)榭赡軙?huì)比較亂，影響老師收卷，而且在裝訂試卷的時(shí)候，需要按照學(xué)號(hào)進(jìn)行排列。

如果提前交卷的人太多，亂了順序，還需要手動(dòng)排列，就比較麻煩。