467 17%效率達成,為國爭光

我有科研輔助系統 467 17%效率達成,為國爭光

模擬實驗室中，許秋發現將“真空放置一段時間”和“頂電池三元化”兩種策略綜合在一起，確實能夠實現11>1的效果。

不過，現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。

許秋估計是因為摸索時間比較短的緣故。

這種開創性的摸索工作，只能交給模擬實驗室III來進行。

模擬實驗室III中，只有兩個高級模擬實驗人員，就算它們24小時不間斷的工作，加起來的工作效率也只有現實中的十倍左右。

對于普通器件的體系來說，模擬實驗室III出馬，耗費一兩天的時間，就相當于現實中連續工作十多天、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，給模擬實驗室幾天的時間顯然是不夠的。

雖說如此，模擬實驗室其實已經做了不少的工作，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。

只是這個二維圖譜的精度不夠，還需要進一步的實驗，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，底電池厚度處于120300納米范圍內的條件下，得到的疊層器件效率，在大多數情況下可以達到14以上。

16等效率線：頂電池厚度處于120150納米范圍內，底電池厚度處于180210納米范圍內的條件下，器件的效率大多數情況下可以達到16以上。

之所以說是大多數情況，是因為得到的等效率線并不是一個矩形，而是一個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很高。

因為底電池做的非常的厚，它會吸收較多的光，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，進而就會造成器件性能損失。

因此，現在許秋要做的事情，就是在16等效率線中，把最高效率點給找出來。

他打算親自上陣，進行實驗。

之前模擬實驗人員摸索的時候，是以30納米厚度做為間隔摸索的。

許秋準備以10納米為精度，那么頂電池厚度120150納米范圍內，一共有4個檔次，底電池厚度180210納米范圍內，同樣有4個檔次，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3片，一共1633144片，這太多了，一個半小時絕對做不完。

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

思索片刻，許秋決定繼續降低標準：

每種條件制作1批，每批器件重復1片，那么總器件數量就縮減到只有16片。

一般光伏器件都要重復10批以上，但現在許秋沒有那么多時間，就只能希望自己歐一些，可以一發入魂，突破17！

考慮到接下來的實驗工作可能會消耗比較多的時間，許秋先是回到現實。

他看了看周圍，發現沒有什么異常情況，然后調整了一個比較舒服的坐姿，重新返回到模擬實驗室中。

接著，許秋開啟了塵封許久的模擬實驗室I。

隨著系統的不斷升級，模擬實驗室I現在已經可以開啟最高64倍的加速功能。

不過，因為模擬實驗室II和III可以自動掛機的緣故，所以許秋很少用模擬實驗室I。

但其實，64倍的加速，這個功能還是非常強大的。

對于蒸鍍操作來說，本來要抽一個小時的真空，在64倍速的條件下，就只需要一分鐘的時間。

蒸鍍過后要放置12個小時，64倍速換算過來，也只要10分鐘。

當然，積分消耗也是非常的夸張，64倍速使用一個小時，就需要消耗6400積分。

好在許秋現在剩余積分非常的多，有20多W，足夠他揮霍了。

模擬實驗室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，最近因為在做疊層器件，所以現在的基片都已經按照最佳的條件，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，從而節省大量的時間。

另一方面，模擬實驗人員已經通過若干次旋涂實驗，結合光吸收光譜儀、掃描電子顯微鏡等手段，得到了旋涂轉速和膜厚之間的對應關系。

許秋可以直接按照指定轉速旋涂，即可得到對應的膜厚，不需要自己重復摸索，也節省了不少的時間。

準備就緒，開始實驗。

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，在基片旋轉的時候，還是可以加速的。

換算下來，平常旋涂一片需要用時2分鐘，現在64倍速下，大概需要用1015秒鐘。

16片涂完，一共消耗了5分鐘不到的現實時間。

接下來，許秋繼續旋涂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，但因為可以把所有基片放在一起退火，所以在64倍加速下，實際耗時可以忽略不計。

兩步旋涂，加上擦片、退火，合計時間每片基片大約30秒左右，共計消耗10分鐘不到。

許秋繼續旋涂頂電池的有效層，PCE10:PCBM:COi8DFIC。

這步耗時和底電池有效層旋涂類似，同樣是5分鐘不到。

最后一步，是蒸鍍三氧化鉬和銀電極。

在蒸鍍之前，許秋突然靈機一動，他把旋涂出來的16片基片，各自復制成10份，準備同時蒸鍍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，但是因為蒸鍍操作有差異，可以以此近似的排除蒸鍍操作對器件性能的影響。

包括之后的真空放置操作，許秋也準備同時復制出來多個器件，然后摸索不同放置時間對器件性能的影響。

這樣，他雖然只做了一批器件，但是實際上已經把包括蒸鍍、真空放置的重復性實驗都同時完成了，有更大的概率可以讓自己的器件效率波動的更高。

這算是作為人的優勢，如果是模擬實驗室的模擬人員進行操作，是玩不出許秋這樣套路的，它們只會按部就班的一批一批器件進行制備。

就是不知道現在許秋把這個方法開發了出來，他們會不會同步的學會，這一點還有待觀察。

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分鐘時間。

10批器件全部制備完畢，共計耗時45分鐘左右。

看似初始條件下許秋只做了16片器件，但經過兩次復制，總的器件數量已經膨脹到了1000多片。

終于到了激動人心的測試環節了。

因為有加速，所以測試還是比較快的。

基本上連線完成，就可以秒出結果。

差不多平均15秒能測試得到一個結果。

許秋選取了自己蒸鍍時手感最好的那批器件，統一選擇真空放置時間條件為12小時。

開艙，進行測試。

許秋的策略是，把初次測試效率低于16.5的器件直接舍棄。

如果初次能達到16.5，那么就給它三次掃描機會，如果性能達不到17，就直接舍棄。

就這樣，許秋接連測試了1#到12#，共計12片器件。

其中，最好的一個體系是7#，最高效率達到了16.96，離17非常近了。

當時許秋額外破例，給了它更多的幾次機會，結果，越測越低，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的數據，達到了17.07。

他更換了遮擋板的位置，連續掃描了十個數據，最高效率為17.11。

許秋想了想，先把14#、15#、16#測了一遍，發現沒有其他初始效率超過17的器件，然后就開始專攻13#。

13#對應的加工條件，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“兄弟姐妹”們，進行測試。

首先，是不同蒸鍍批次，同樣12小時真空放置時間下的另外9個13#器件，測試完畢后，最高效率提高至17.27。

接著，是針對效率17.27這個最佳批次下的13#器件，在不同放置時間下的器件進行測試，結果表明，放置時間在16小時的器件，性能最佳，可達17.36。

拿到了最終的17.36的結果，許秋了長呼一口氣。

這一個多小時折騰下來，他基本上沒有一刻是能休息的，全程都在專注的進行高強度操作。

許秋有種身體被掏空，進入了“賢者時間”的狀態。

好在，結果非常的不錯，終于取得了突破。

而且，現在只是初步摸索的結果，之前數據量能做上去的話，器件性能還有進一步提升的空間。

因此，現實中重復出超過17效率的概率非常的高。

許秋看了眼時間，距離考試結束還有二十分鐘左右，便沒有急著出去。

他先是將當下的最佳條件，交給模擬實驗人員進行批量重復，然后開始盤點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，當時底電池用的是半透明器件，結果發現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”并不適合有機光伏體系。

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

后來，經過一段時間的工藝摸索，許秋選擇了兩個高效率的體系，底電池J2:IDIC4F，頂電池PCE10:IEICO4F，器件效率終于突破12，打破了當時疊層器件的世界紀錄。

再后來，許秋對“二終端法”的疊層器件的器件結構進行優化，不使用中間的薄層電極作為電荷復合層，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，突破了有機光伏領域公認的一大門檻。

然后，許秋看到Y系列受體在疊層器件中的折戟沉沙，覺得在設計疊層器件結構的時候，不能單單以原單結器件的效率為基準，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，進一步將器件效率往上推進了一些，達到了15.5。

再然后，許秋試圖尋找其他課題組開發的近紅外非富勒烯受體，來取代原先組里使用的IEICO4F，結果發現國家納米科學技術中心李丹課題組開發出來的COi8DFIC，與之前自己的體系最為匹配，最終效率突破16。

前幾天，學妹心血來潮做了一批器件，結果現實器件的效率反超了模擬實驗室的結果，經研究發現“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，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！

盤點完畢，許秋感慨萬分，想要拿到現在這個結果，確實非常的不容易。

即使在有系統這個大殺器的情況下，疊層器件從零開始一步步優化，也花費了兩個多月的時間。

這是許秋迄今為止，耗時最長的一個工作。

按照模擬實驗室的工作效率是現實的十倍來計算，如果換算成現實時間，摸索的過程可能要長達一兩年之久。

其實，這也是CNS級別的工作，普遍需要的工作量。

除非是那種開拓新領域的發現，比如“用膠布撕石墨烯”之類的。

但到了現在的階段，這種新的領域想要開拓出來，非常的困難。

哪怕是諾獎級別的科研大佬，也不能保證自己在有生之年里，還能夠開拓出一個新的領域來，這非常的看運氣。

因此，現階段都是在現有的領域中拼殺，試圖在某個維度上有所突破。

而突破所需要的時間，通常都是以年來計算的。

這也是CNS和AM的不同，許秋疊層器件這一步步優化的過程，如果拆開發表文章的話，每一步優化都能發一篇AM，甚至有的都能達到《自然》大子刊的級別。

現在許秋把它們合到一起，只為沖擊一篇CNS。

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

許秋也算是為國爭光了。

其實，2015年前，國內在光伏能源相關的研究非常的落后。

根據漂亮國國家可再生能源實驗室NREL，出具的各類光伏效率進展圖中，包括硅、銅銦鎵硒、砷化鎵、碲化鎘、有機光伏、鈣鈦礦等各種類型的效率世界紀錄，國內上榜的次數不足一成。

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、能源相關的研究所，里面有若干個部門，分別攻關不同領域，魏興思之前就是從那邊出來的。

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

當然，這張圖表統計的時間是從1975開始的，國內幾乎沒有上榜，也和國內科研圈是近十年來才開始發力有關。

現階段，除了有機光伏外，包括鈣鈦礦光伏領域，國內的發展也非常好，取得了不少突破性的進展，也算是和有機光伏雙管齊下。

此時，現實中。

講臺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，他還經常跑到魏興思課題組的網站上，查看許秋最近有沒有什么新的工作發表。

結果，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，是怎么做到發文章如喝水一般的呢？

作為一個青椒學者來說，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，幾乎全靠自己的學術成果。

之前在監考助教的名單上看到了許秋，汪繼增還有一絲莫名的感覺。

想著能不能借此機會結識一下對方，請教一下發文章的秘訣，結果發現許秋非常的“高冷”，發完試卷就坐在后面的座位上。

然后，紋絲不動。

是真的那種紋絲不動。

汪繼增內心感慨，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，汪繼增突然看到許秋動了，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，許秋從模擬實驗室返回現實，發現自己保持一個動作連續坐一個小時，屁股和腿都坐麻了。

本來想站起來的，結果起了一半發現起不來，就又坐回去了，結果力度沒控制好，發出了“duang”的一聲，好在周邊沒有其他學生，不然就尷尬了。

這讓他想起了之前的黑歷史。

當時許秋在衛生間里以蹲著的狀態，進入模擬實驗室，結果回到現實，發現腿麻了，差點掉坑里……

因此，之后他如果要長時間在模擬實驗室中做實驗的話，基本都會選擇在寢室的床上進入模擬實驗室。

平常在外面的話，一般只是進去看一眼結果就跑，不會待在里面太久。

坐在座位上緩了一陣子后，許秋終于恢復了正常。

他起身巡視了一番，發現這屆學生都比較乖，居然沒有作弊的。

不過仔細想想，這是門專業選修課，可能難度并不是很高。

同時，閉卷考試的考題難度一般也比較低，主要是為了不讓學生掛科。

而開卷考試反而因為可以查閱資料，老師會把難度設置的比較高，不然最后全部都是滿分，就很難給成績。

開卷考試為了區分A檔和其他檔，老師在出題時，要么出幾道有區分度的題目，比如像《復合材料》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置的非常多，用來篩選那些寫字手速比較慢的學生。

許秋溜達了一圈，最后走上了講臺。

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

許秋突然明白，之前他都能發現的作弊現象，大概率監考老師也可以發現，只是他們選擇了“睜一只眼閉一只眼”。

又過了一會兒，考試結束的鐘聲，終于再次響起。

這場考試提前交卷的人并不多，只有三個，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的樣子。

快到考試快結束的時候，再提前交卷，監考老師一般就不會同意了。

因為可能會比較亂，影響老師收卷，而且在裝訂試卷的時候，需要按照學號進行排列。

如果提前交卷的人太多，亂了順序，還需要手動排列，就比較麻煩。