第三十六章 外量子效率

　　許秋將樣品托放在手套箱的傳送艙內(nèi)，并不急著拿出來。

　　他跟隨學(xué)姐，來到外量子效率的測(cè)試儀器旁，這里有一臺(tái)電腦和一個(gè)黑色的箱體。

　　箱體在關(guān)閉狀態(tài)下的遮光性很好。

　　打開箱體后，它的內(nèi)部有光源、透鏡、電源、檢測(cè)器、升降平臺(tái)，其中光源可以發(fā)射不同波長(zhǎng)的單色光。

　　陳婉清開始操作示范。

　　她把標(biāo)準(zhǔn)硅電池放在升降平臺(tái)上，并將其與電源和檢測(cè)器連接，然后調(diào)節(jié)透鏡，使光斑完全打在硅電池表面。

　　標(biāo)準(zhǔn)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(cè)試軟件，設(shè)置參數(shù)。

　　掃描區(qū)間設(shè)置為300-800納米，步長(zhǎng)設(shè)置為10納米，

　　開始測(cè)試。

　　儀器“當(dāng)當(dāng)當(dāng)”的運(yùn)轉(zhuǎn)起來，電腦上實(shí)時(shí)顯示測(cè)試結(jié)果。

　　橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為EQE值，從300納米開始，每隔10納米，產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

　　測(cè)試完成后，軟件根據(jù)測(cè)試結(jié)果自動(dòng)進(jìn)行校準(zhǔn)。

　　“學(xué)姐，接下來的操作換我來吧?！痹S秋已經(jīng)通過系統(tǒng)影像提前看了一遍操作流程。

　　“你確定？等下測(cè)樣品時(shí)光斑聚焦可不容易哦?！标愅袂宓?。

　　“沒事，你放心。”

　　“好呀?！标愅袂逭f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(tái)上，將探針與電源和檢測(cè)器連接。

　　接下來，要將光源的光斑聚焦在待測(cè)電池上。

　　這步操作確實(shí)比較難，因?yàn)槊總€(gè)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(gè)范圍內(nèi)，那么范圍外的光能將會(huì)損失，最終測(cè)試結(jié)果就會(huì)偏低。

　　不過這難不倒許秋，他耐心調(diào)試了一會(huì)兒，便將光斑調(diào)好，啟動(dòng)測(cè)試。

　　“你這操作可以啊?！标愅袂遒潎@道。

　　“基本操作而已，不值一提?！痹S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(gè)1平方厘米的不好嗎？”

　　“因?yàn)殡姵孛娣e越大，光電轉(zhuǎn)換效率就越低啊，”陳婉清道：

　　“現(xiàn)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(guó)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(huì)做0.01平方厘米的器件。”

　　“讓我想想，”許秋思考了一會(huì)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(shí)每個(gè)區(qū)域都有細(xì)微的差別。

　　比如一個(gè)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(zhuǎn)換效率可能在5.0-5.5%之間波動(dòng)，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(dòng)到更高的數(shù)值。

　　是不是這個(gè)原因呢，學(xué)姐?！?p>　　“是呀，差不多就是這個(gè)樣子，現(xiàn)在有機(jī)光伏還處于實(shí)驗(yàn)室階段，所以沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，”陳婉清道：

　　“我之前還看到一篇文獻(xiàn)，標(biāo)題上寫著光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了15%以上，結(jié)果一看期刊是個(gè)SCI二區(qū)的。

　　我當(dāng)時(shí)就震驚了，這就算發(fā)不了《自然》、《科學(xué)》，也能發(fā)一個(gè)它們的大子刊。

　　然后我就仔細(xì)看了正文，發(fā)現(xiàn)原來它用的是單色光，而不是模擬的太陽光，就是在標(biāo)題搞了個(gè)噱頭而已?！?p>　　…………

　　樣品測(cè)試結(jié)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(nèi)自帶的積分功能，可計(jì)算出理論上的短路電流密度。

　　這個(gè)樣品的理論結(jié)果是11.96毫安每平方厘米，J-V曲線實(shí)測(cè)結(jié)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(cè)試結(jié)果可信。

　　之后，許秋又測(cè)試了另外的五組器件。

　　到下午五點(diǎn)十五分，全部測(cè)試完畢。

　　“學(xué)姐預(yù)測(cè)的挺準(zhǔn)啊，今天果然不用加班?！痹S秋道。

　　“熟能生巧嘛，”陳婉清道：“對(duì)了，晚上去吃什么？”

　　“怎么，學(xué)姐要請(qǐng)客嗎？”

　　“上周不是答應(yīng)你了嘛?！?p>　　“我當(dāng)時(shí)就是開個(gè)玩笑，這怎么好意思，那就去吃哥老關(guān)火鍋吧?！?p>　　“好呀。”

　　因?yàn)槭侵芪逋砩?，吃火鍋的人還是比較多的。

　　許秋取了個(gè)號(hào)，A65，前面還有12桌，估計(jì)要等一個(gè)小時(shí)左右。

　　等待期間，他也沒閑著，向陳婉清請(qǐng)教問題。

　　雖然閱讀文獻(xiàn)也可以獲得答案，但是真人指導(dǎo)效果自然是更好的。

　　搞科研是個(gè)系統(tǒng)的工作，遇到的各個(gè)細(xì)節(jié)都要弄明白，保不準(zhǔn)哪天就會(huì)用上。

　　因?yàn)槊繙y(cè)試的每一個(gè)數(shù)據(jù)，最終都要轉(zhuǎn)化為對(duì)結(jié)果的論證，總不能在寫論文時(shí)，告訴別人，我們測(cè)試了一個(gè)XXX，得到的數(shù)據(jù)是XXX，然后就截然而止。

　　必須對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，討論它與論文結(jié)論的關(guān)系。

　　如果是比較異常的結(jié)果，無法解釋，那也要說明“這個(gè)現(xiàn)象我們暫時(shí)無法解釋”，但這樣的話出現(xiàn)一兩次還可以，通篇都是“我們無法解釋”的話，就會(huì)被審稿人教做人了。

　　“剛才測(cè)試時(shí)，我發(fā)現(xiàn)我們做的器件，大多數(shù)波長(zhǎng)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(jiǎn)單來說，就是現(xiàn)在使用的P3HT材料存在很多問題，需要改進(jìn)。

　　如果要具體展開來說，首先你要知道太陽能轉(zhuǎn)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(nèi)部產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，然后電子-空穴對(duì)拆分為自由電荷、自由電荷在材料內(nèi)輸運(yùn)，接著在電極處被收集，最終形成電流。

　　這個(gè)過程很復(fù)雜，中途任何一個(gè)步驟出現(xiàn)問題，都會(huì)導(dǎo)致電流損失，表觀上看到的就是EQE低?！标愅袂宓馈?p>　　“我懂了，”許秋道：“所以人們就基于P3HT，進(jìn)行改進(jìn)，到現(xiàn)在最好用的給體材料就是PTB7-TH?！?p>　　“是啊，有機(jī)光伏領(lǐng)域發(fā)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(gè)名字嗎？”陳婉清問道。

　　許秋搖搖頭，他也只是知道一個(gè)名稱而已。

　　陳婉清解釋道：

　　“這是一個(gè)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(gè)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(duì)其進(jìn)行改性，得到PTB2、PTB3，一直到PTB7。

　　再將PTB7上一個(gè)支鏈上的苯環(huán)改為噻吩環(huán)，所以加上了一個(gè)噻吩的縮寫-TH，就得到了現(xiàn)在的PTB7-TH。

　　而且，這20年來，主要改進(jìn)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(lǐng)域也能夠取得突破，對(duì)有機(jī)光伏領(lǐng)域造成翻天覆地的改變吧?！?