388 哇,世界紀錄又被我打破了呢

我有科研輔助系統 388 哇,世界紀錄又被我打破了呢

晚上，許秋回到寢室，看到室友孫一凡坐在桌子前打著個臺燈，對著電腦搓爐石。

孫一凡招呼道：“許秋，回來啦，你看到輔導員發的名單了嘛，我們直博生沒人權啊，居然都只有二獎，一獎都被碩博連讀的給撈走了。”

許秋聳了聳肩，附和了一句：“是啊，我之前也以為我們是一獎呢……不過一獎、二獎也差不多，估計最多也就相差一兩千塊錢，灑灑水啦。”

“那倒也是，”孫一凡點點頭，隨口問道：“對了，許秋你有申請國獎嘛？我記得你本科文章好像發了不少吧。”

“嗯，申請了。”許秋回應道。他在孫一凡后面看了一會兒，游戲剛開局，雙方都是30血，看不出什么來，WAR3他是玩過的，但暴雪之后出的包括WOW、爐石之類的都沒有接觸過。

孫一凡突然說道：“我聽說我們博士班的班長，穆雪也申請了國獎。”

許秋愣了一下，問道：“穆雪，她不是從清北大學保研過來的嘛，怎么申請的？”

孫一凡搖搖頭：“那我就不清楚了。”

兩人又聊了幾句，許秋聽到外面洗手間的浴室有人出來，便帶著洗浴用品和一卡通洗澡去了。

平常許秋和孫一凡的交流并不多，不像本科時候的室友那么頻繁，當然，也可能是陶焱比較自來熟的緣故。

洗完澡后，許秋往床上一趟，進入模擬實驗室。

這些天，針對半透明電池器件，他已經在模擬實驗室中進行了不少的嘗試，并獲得了一些前期工作的結果。

半透明器件的制備難度并不大，和傳統器件的唯一不同之處就是，電極被更換為了半透明電極材料，包括薄層金屬、銀納米線或是ITO等。

其中，ITO的制備難度太高，需要用到磁控濺射等手段，于是許秋就只嘗試了旋涂銀納米線，以及蒸鍍薄層金屬電極這兩種。

之前，許秋本來以為銀納米線旋涂出來，可以兼具導電性和透光性兩大優點，成為非常完美的半透明電極材料。

但是在實際操作過程中發現，結果并不理想。

他使用藍河公司購買的銀納米線溶液旋涂出來的薄膜，透光性是滿足了，看起來非常的通透，可導電性方面就撲街了，制備出來的器件直接是斷路狀態。

為了探明原因，許秋用萬用表測試了一下銀納米線薄膜的電阻，發現它的阻值在千歐的級別，而平常ITO電極的電阻阻值一般在幾歐姆的級別，差了三個數量級以上。

后來，他進一步的探索，用AFM、TEM、SEM等各種電鏡進行觀察，反正模擬實驗室里電鏡也不花錢，就索性全用上測一遍。

最終結果顯示，旋涂得到的銀納米線很多根都是近似平行的或者堆在一起的，而且還有一些已經斷掉了的納米線。

納米線這種東西想要具有良好的導電性，必須要每根納米線相互之間接觸良好，形成一種類似于網格狀的結構。

因此，現在這樣的微觀結構，導電率低下也就很容易理解了，可能的原因是旋涂過程中對銀納米線造成了取向和破壞。

為了試圖解決這個問題，許秋瀏覽了一下小蟲子網站。

發現其他人在旋涂銀納米線的時候，也出現過類似的問題，包括導電性差、穩定性差等，而且沒有太好的解決方法。

于是，許秋又去查閱了一些文獻，發現制備銀納米線導電薄膜的常用方法，是刮涂、滴涂，以及“slotdie”的方法。

所謂“slotdie”的方法，有點像是刮涂的進階版本，就是在基片上方一定高度處放一個窄槽，這個窄槽里面不斷注入有效層或者傳輸層溶液，這些溶液會從窄槽中滴落，落到基片上成膜，因為是窄槽，所以形成的薄膜也是細細的窄膜。這個時候，讓溶液在滴落的過程中，以一定的速率同步的移動窄槽，就可以使得滴落后的溶液撲滿窄槽掃過的面積，也即得到一層薄膜。

“slotdie”和刮涂的區別就是刮涂是先把溶液滴在基片上，而“slotdie”是溶液在窄槽內，然后一點點的往出流，因此工藝難度很稍微高一些。

許秋的這番操作，其實也是他在遇到實驗失敗時的常規步驟：

首先根據實驗現象推斷可能的原因；

然后用便宜的方法（萬用表）初步確認原因；

再用貴的方法（各種電鏡）確認原因，當然如果組里沒錢的話，這一步可以省略；

接著，去小蟲子看看其他人有沒有類似的情況，他們是怎么解決的；

最后翻文獻，找到解決或者替代的方法。

這些順序也不是完全固定的，可以根據實際需要進行調整。

另外，之所以首先要去小蟲子逛逛，是因為這里是關于科研的中文論壇，大佬們層出不窮，如果能精準的搜索到別人已經解決的問題，就會省下不少時間，類似于程序圈里用別人造好的輪子。

畢竟，檢索SCI論文花費的時間可不少，很多時候可能一個小時過去了，好不容易找到了幾篇相關的文獻，但最后發現都沒什么用，解決不了問題。

當然，也不是每次經過這番操作，都能解決實驗失敗的問題。

就比如這次，許秋一頓操作猛如虎，最終得出結論，PLANA（計劃A）撲街。

即基于實驗室現有的設備，用銀納米線薄膜的這個方法制備半透明器件的頂電極并不合適。

不過，許秋絲毫不慌。

因為他還有PLANB，所以他也懶得去優化銀納米線制備工藝了，直接暫時放棄PLANA，先用薄層金屬電極的方法搞起，日后如果有需要的話，再重新嘗試也不遲。

在正式的實驗之前，許秋對現有的半透明器件文獻做了一個簡單的總結。

他發現半透明器件這個概念在好幾年前就有了，文獻也不少，光一區二區的文章就有十多篇，不少都是國外一個大組YangYang發表的。

不過，之前只有富勒烯的體系，雖然可見光范圍內的平均透過率（AVT）可以做的很高，最高甚至能達到50，但效率（PCE）一直上不去。

光有AVT，沒有PCE，這就和“只要面子，沒有里子”差不多，就比如50的AVT配上1的PCE，沒什么太大的意義，光伏器件最終還是得回歸到效率的比拼上。

目前，性能最好的一個工作是基于PCE10:PCBM的半透明器件，效率只有7，AVT也只有25，他們采用的電極是薄層的10納米銀電極。

正式實驗的時候，許秋嘗試了三種薄層電極，分別是常用的金、銀、鋁，以PCE10:IEICO4F和PCE10:FNIC4F兩個體系作為標樣，制備了不同厚度金屬電極的器件，從5納米到正常的100納米不等。

最終的結果，以PCE10:IEICO4F體系為例。

電極厚度在100納米條件下，金、銀、鋁電極，器件最高效率分別為12.3、12.4和12.5，三種電極的器件效率相當。此時器件的AVT約為0，即器件幾乎完全不透過可見光。

50納米條件下，最高效率分別為12.0、12.1和12.0，三種電極的器件效率仍然相當。此時器件的AVT同樣約為0。

30納米條件下，最高效率分別為10.8、11.0和6.2，三種電極的器件效率產生分化，其中金、銀作為電極的器件，效率衰減不明顯，而鋁作為電極的器件，效率衰減比較嚴重。此時器件的AVT達到了510，可見光有部分可以透過，可以模模糊糊的看到器件背后的東西。

20納米條件下，最高效率分別為9.4、10.2和0，金、銀作為電極的器件，效率衰減仍不明顯，而鋁作為電極的器件，已經斷路。此時器件的AVT達到了1020，可見光有部分可以透過，可以模模糊糊的看到器件背后的東西。

10納米條件下，最高效率分別為8.0、9.0和0，金、銀作為電極的器件，也開始發生分化，銀電極的器件效率更高。此時器件的AVT達到了2040，可見光有較大的一部分可以透過，可以較為清楚的看到器件背后的東西。

5納米條件下，最高效率分別為5.3、1.2和0，金電極器件仍然能保持一定的器件效率，而銀電極器件效率直接跳水，接近于斷路。此時器件的AVT達到了3045，可見光有較大的一部分可以透過，可以很清楚的看到器件背后的東西。

另外，電極厚度降低的過程中，器件的效率衰減主要是因為短路電流密度降低所致，開路電壓、填充因子兩項參數幾乎保持不變。

針對這些實驗現象：

小學生的水平，能夠得出比較簡單的結論。

哇，世界紀錄又被我打破了呢。

這也很正常，以許秋現在手中擁有的資源，不選擇某個細分領域也就罷了，一旦選擇了某個領域，那也就標志著這個細分領域的世界紀錄就要易主了。

畢竟，他現在已經暫時成為有機光伏這個大領域的領路人。

中學生的水平，可以稍微往深想一想。

制備半透明器件，鋁電極就是個垃圾，電極還沒等達到半透明呢，器件就已經撲街了。

大學生的水平，再往深想一想。

當前的體系選用銀電極比較好，在1020納米比較合適的區間內，器件性能都是最佳的那一個，這或許和他是導電性能最好的金屬材料有關。

碩士生的水平，再再再往深想一想。

金電極在5納米的厚度下，性能反超了銀，這說明金屬電極能否在薄層狀態下導電，密度可能是一個非常關鍵的因素。

因為金的密度是19.32克每立方厘米，銀的密度是10.49克每立方厘米，而鋁只有2.70克每立方厘米。

金屬導電的實質，是金屬原子之間通過形成“電子氣”來傳導電子，這里導電有個前提條件，那就是金屬原子之間要連續，不能有太多的缺漏。

在金屬膜比較厚的時候，密度小一些也無所謂，反正可以近似實現緊密堆積，就算偶爾有缺陷，旁邊也有其他的金屬原子兄弟可以代為傳遞；

而當金屬層比較薄的時候，密度小的金屬材料在蒸鍍時，就會更容易出現不均勻、不致密的現象，這時產生了缺陷，結果旁邊沒有金屬原子兄弟幫忙了，那導致無法順暢的傳導電子，從而造成斷路。

博士生的水平，還能再再往深想一想。

相較于不透明的金屬電極，半透明金屬電極造成器件性能損失的一個主要來源，是電極導電率的下降，直接影響電極收集電荷的能力，從而造成短路電流密度的降低，最終導致器件效率的衰減。

但還有另外一個性能損失的來源，那就是來自不透明金屬電極的二次反射光會變少。

這個該怎么理解呢？

當太陽光入射一個光伏器件表面后，有一部分光會直接反射、散射損失掉，有一部分會轉化為熱能損失掉，在這之后的太陽光會到達有效層。

有一部分到達有效層的光會被有效層吸收，形成激子，之后拆分輸運，形成電流，而還有一部分則會穿過有效層，到達頂電極的位置。

假如頂電極是100納米厚的金、銀、鋁，也就是不透光的，因為金屬會反射光，就會讓這一部分透過有效層的光重新回到有效層，也就是所謂的“二次反射”，同樣會對器件效率造成一定的貢獻。

而現在金屬電極變得半透明了，這部分光就會部分發生“二次反射”，部分穿過金屬電極損失掉。

到了許秋的水平，他將上述這些整合了起來，想到了一種多層的薄層電極結構。

這種薄層金屬的結構，是先蒸鍍一層薄薄的相對比較致密的金，比如一納米厚度，然后再往上蒸鍍導電性能更好的銀，比如1020納米。

這樣的結構，可以產生的預期效果就是：

超薄的金層提供了致密的成核中心，從而降低銀膜向傳輸層和有效層中的滲透厚度，提高銀膜在低厚度下的均勻性，保證連續銀膜的形成，從而得到兼具高透射率和低電阻的薄層金屬電極。

當然，分析歸分析，具體結果如何，還是得用實踐來證明一切。