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467 17%效率达成,为国争光!(求月票)

我有科研辅助系统作者:肥美的韭菜 2021-04-23 07:40
    模拟实验室中,许秋发现将“真空放置一段时间”和“顶电池三元化”两种策略综合在一起,确实能够实现11>1的效果。

    不过,现阶段的最高器件效率仍然没有突破17%,只有1694%,相较于前值的1666%和1683%,提升幅度并不高。

    许秋估计是因为摸索时间比较短的缘故。

    这种开创性的摸索工作,只能交给模拟实验室iii来进行。

    模拟实验室iii中,只有两个高级模拟实验人员,就算它们24小时不间断的工作,加起来的工作效率也只有现实中的十倍左右。

    对于普通器件的体系来说,模拟实验室iii出马,耗费一两天的时间,就相当于现实中连续工作十多天、二十多天,足够把条件摸索的较为完美。

    而叠层器件的摸索工作非常的繁琐,给模拟实验室几天的时间显然是不够的。

    虽说如此,模拟实验室其实已经做了不少的工作,初步得到了器件效率随顶电池和底电池厚度变化的二维图谱。

    只是这个二维图谱的精度不够,还需要进一步的实验,把最佳条件给找出来。

    许秋从二维图谱中,找到了两根主要的等效率线。

    14%等效率线:顶电池厚度处于90-180纳米范围内,底电池厚度处于120-300纳米范围内的条件下,得到的叠层器件效率,在大多数情况下可以达到14%以上。

    16%等效率线:顶电池厚度处于120-150纳米范围内,底电池厚度处于180-210纳米范围内的条件下,器件的效率大多数情况下可以达到16%以上。

    之所以说是大多数情况,是因为得到的等效率线并不是一个矩形,而是一个近似于三角形的样子。

    也很容易理解,比如在第一种14%等效率线的条件下,选取两个边界条件,顶电池厚度90纳米,底电池厚度300纳米,这样得到的器件性能肯定不会很高。

    因为底电池做的非常的厚,它会吸收较多的光,短路电流密度较高,而顶电池厚度比较薄,得到的短路电流密度较小,难以和底电池相匹配,进而就会造成器件性能损失。

    因此,现在许秋要做的事情,就是在16%等效率线中,把最高效率点给找出来。

    他打算亲自上阵,进行实验。

    之前模拟实验人员摸索的时候,是以30纳米厚度做为间隔摸索的。

    许秋准备以10纳米为精度,那么顶电池厚度120-150纳米范围内,一共有4个档次,底电池厚度180-210纳米范围内,同样有4个档次,也就是一共要摸索4*4=16种条件。

    如果每种条件制作3批器件,每批器件重复3片,一共16*3*3=144片,这太多了,一个半小时绝对做不完。

    如果每种条件制作2批器件,每批器件重复2片,一共64片,好像还是挺多的样子。

    思索片刻,许秋决定继续降低标准:

    每种条件制作1批,每批器件重复1片,那么总器件数量就缩减到只有16片。

    一般光伏器件都要重复10批以上,但现在许秋没有那么多时间,就只能希望自己欧一些,可以一发入魂,突破17%!

    考虑到接下来的实验工作可能会消耗比较多的时间,许秋先是回到现实。

    他看了看周围,发现没有什么异常情况,然后调整了一个比较舒服的坐姿,重新返回到模拟实验室中。

    接着,许秋开启了尘封许久的模拟实验室i。

    随着系统的不断升级,模拟实验室i现在已经可以开启最高64倍的加速功能。

    不过,因为模拟实验室ii和iii可以自动挂机的缘故,所以许秋很少用模拟实验室i。

    但其实,64倍的加速,这个功能还是非常强大的。

    对于蒸镀操作来说,本来要抽一个小时的真空,在64倍速的条件下,就只需要一分钟的时间。

    蒸镀过后要放置12个小时,64倍速换算过来,也只要10分钟。

    当然,积分消耗也是非常的夸张,64倍速使用一个小时,就需要消耗6400积分。

    好在许秋现在剩余积分非常的多,有20多w,足够他挥霍了。

    模拟实验室i中除了可以加速外,还有不少其他额外的好处。

    一方面,基片不用清洗。

    而且,最近因为在做叠层器件,所以现在的基片都已经按照最佳的条件,旋涂好了用于叠层器件的两层传输层,氧化锌和pfn-br。

    因此,可以直接从底电池的有效层开始旋涂,从而节省大量的时间。

    另一方面,模拟实验人员已经通过若干次旋涂实验,结合光吸收光谱仪、扫描电子显微镜等手段,得到了旋涂转速和膜厚之间的对应关系。

    许秋可以直接按照指定转速旋涂,即可得到对应的膜厚,不需要自己重复摸索,也节省了不少的时间。

    准备就绪,开始实验。

    许秋取来旋涂好两层传输层的基片,首先开始旋涂不同厚度的j4:idic-m,作为底电池有效层。

    在旋涂的过程中,并不能全程64倍加速。

    比如夹取基片等过程,必须要按正常速度或者低倍加速。

    不过,在基片旋转的时候,还是可以加速的。

    换算下来,平常旋涂一片需要用时2分钟,现在64倍速下,大概需要用10-15秒钟。

    16片涂完,一共消耗了5分钟不到的现实时间。

    接下来,许秋继续旋涂m-pedot,作为第三层传输层,旋涂氧化锌,作为第四层传输层。

    这两层旋涂过后需要擦片、退火。

    退火虽然需要十分钟到十五分钟,但因为可以把所有基片放在一起退火,所以在64倍加速下,实际耗时可以忽略不计。

    两步旋涂,加上擦片、退火,合计时间每片基片大约30秒左右,共计消耗10分钟不到。

    许秋继续旋涂顶电池的有效层,pce10:pcbm:coi8dfic。

    这步耗时和底电池有效层旋涂类似,同样是5分钟不到。

    最后一步,是蒸镀三氧化钼和银电极。

    在蒸镀之前,许秋突然灵机一动,他把旋涂出来的16片基片,各自复制成10份,准备同时蒸镀10次,这样就可以得到10批器件。

    虽然这10批器件的有效层都是完全一样的,但是因为蒸镀操作有差异,可以以此近似的排除蒸镀操作对器件性能的影响。

    包括之后的真空放置操作,许秋也准备同时复制出来多个器件,然后摸索不同放置时间对器件性能的影响。

    这样,他虽然只做了一批器件,但是实际上已经把包括蒸镀、真空放置的重复性实验都同时完成了,有更大的概率可以让自己的器件效率波动的更高。

    这算是作为人的优势,如果是模拟实验室的模拟人员进行操作,是玩不出许秋这样套路的,它们只会按部就班的一批一批器件进行制备。

    就是不知道现在许秋把这个方法开发了出来,他们会不会同步的学会,这一点还有待观察。

    接下来,许秋蒸镀了10批器件,并真空放置,在64倍加速下,加起来一共不到30分钟时间。

    10批器件全部制备完毕,共计耗时45分钟左右。

    看似初始条件下许秋只做了16片器件,但经过两次复制,总的器件数量已经膨胀到了1000多片。

    终于到了激动人心的测试环节了。

    因为有加速,所以测试还是比较快的。

    基本上连线完成,就可以秒出结果。

    差不多平均15秒能测试得到一个结果。

    许秋选取了自己蒸镀时手感最好的那批器件,统一选择真空放置时间条件为12小时。

    开舱,进行测试。

    许秋的策略是,把初次测试效率低于165%的器件直接舍弃。

    如果初次能达到165%,那么就给它三次扫描机会,如果性能达不到17%,就直接舍弃。

    就这样,许秋接连测试了1#到12#,共计12片器件。

    其中,最好的一个体系是7#,最高效率达到了1696%,离17%非常近了。

    当时许秋额外破例,给了它更多的几次机会,结果,越测越低,最后他只好放弃。

    直到第13#器件,许秋终于第一次拿到了初始效率超过17%的数据,达到了1707%。

    他更换了遮挡板的位置,连续扫描了十个数据,最高效率为1711%。

    许秋想了想,先把14#、15#、16#测了一遍,发现没有其他初始效率超过17%的器件,然后就开始专攻13#。

    13#对应的加工条件,是顶电池厚度约130纳米,底电池厚度约190纳米的条件。

    许秋找到了13#器件上百个“兄弟姐妹”们,进行测试。

    首先,是不同蒸镀批次,同样12小时真空放置时间下的另外9个13#器件,测试完毕后,最高效率提高至1727%。

    接着,是针对效率1727%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1736%。

    拿到了最终的1736%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


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