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〖第三十六章 外量子效率〗

我有科研辅助系统 · 佚名
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许秋将样品托放在手套箱的传送舱内,并不急着拿出来。
他跟随学姐,来到外量子效率的测试仪器旁,此处有一台电脑和一个黑色的箱体。
箱体在关闭状态下的遮光性很好。
这个发现让所有人都愣住了。
打开箱体后,它的内部有光源、透镜、电源、检测器、升降平台,其中光源可以发射不同波长的单色光。
陈婉清开始操作示范。
标准硅电池是10厘米×10厘米的,而光斑很小,所以操作起来没有啥难度。
她把标准硅电池放在升降平台上,并将其与电源和检测器连接,然后调节透镜,使光斑全部打在硅电池表面。
接着打开电脑,开启测试软件,设置参数。
扫描区间设置为300-800纳米,步长设置为10纳米,
开始测试。
​​​​​​​​
仪器「当当当」的运转起来,电脑上实时显示测试结果。
横坐标为波长,纵坐标为EQE值,从300纳米开始,每隔10纳米,产生一个数据点。
测试完成后,软件根据测试结果自动进行校准。
「学姐,接下来的操作换我来吧。」许秋早就通过系统影像提前看了一遍操作流程。
「你确定?等下测样品时光斑聚焦可不容易哦。」陈婉清道。
「没事,你放心。」
「好呀。」陈婉清说完将位置让给许秋。
许秋从传送舱将样品托取出,石英玻璃窗口的那一面朝上,放在升降平台上,将探针与电源和检测器连接。
接下来,要将光源的光斑聚焦在待测电池上。
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这步操作着实比较难,缘于每个电池器件的面积仅有0.09平方厘米。
倘若光斑没有完全照射在这样东西范围内,那么范围外的光能将会损失,最终测试结果就会偏低。
​​​​​​​​
但是这难不倒许秋,他耐心调试了一会儿,便将光斑调好,启动测试。
「你这操作行啊。」陈婉清赞叹息道。
「基本操作而已,不值一提。」许秋随意摆摆手道:「话说,为啥电池器件的面积要做的这么小呢,做一个1平方厘米的不好吗?」
「缘于电池面积越大,光电转换效率就越低啊,」陈婉清道:
「现阶段为了获得高效率,大部分课题组都是做小面积的,一般国际惯例是0.09或0.04平方厘米,但是也有比较夸张的课题组,会做0.01平方厘米的器件。」
谁也没有料到会是这样的结果。
「让我想想,」许秋思考了一会儿,说道:
「我了然了,我们旋涂出来的有效层薄膜,肉眼看上去几乎是均匀的,但其实每个区域都有细微的差别。
比如一个0.09平方厘米的器件A,将其均分为9部分A1-A9,每一部分面积0.01平方厘米。
A1-A9的光电转换效率可能在5.0-5.5%之间波动,那么最终A的效率约为5.25%。
最后比较最高效率,0.09大面积的差不多在5.3%左右,而0.01小面积的则是5.5%,甚至能够波动到更高的数值。
是不是这个原因呢,学姐。」
「是呀,差不多就是这样东西样子,现在有机光伏还处于实验室阶段,所以没有统一的标准,」陈婉清道:
「我之前还发现一篇文献,标题上写着光电转换效率达到了15%以上,结果一看期刊是个SCI二区的。
我当时就震惊了,这就算发不了《自然》、《科学》,也能发某个它们的大子刊。
随后我就仔细看了正文,发现原来它用的是单色光,而不是模拟的太阳光,就是在标题搞了个噱头而已。」
…………
样品测试结束。
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这样东西样品的理论结果是11.96毫安每平方厘米,J-V曲线实测结果是12.05毫安每平方厘米。
EQE曲线的形状大体上和有效层的光吸收光谱差不多,通过软件内自带的积分功能,可计算出理论上的短路电流密度。
两者误差在5%之间,表明后者的测试结果可信。
之后,许秋又测试了另外的五组器件。
​​​​​​​​
到下午五点十五分,全部测试完毕。
「学姐预测的挺准啊,今天正如所料不用加班。」许秋道。
光影交错间,时间缓缓流动。
「熟能生巧嘛,」陈婉清道:「对了,入夜后去吃啥?」
「如何,学姐要请客吗?」
「上周不是答应你了嘛。」
「我当时就是开个玩笑,这怎么好意思,那就去吃哥老关火锅吧。」
「好呀。」
因为是周五入夜后,吃火锅的人还是比较多的。
许秋取了个号,A65,前面还有12桌,估计要等某个小时左右。
等待期间,他也没闲着,向陈婉清请教问题。
​​​​​​​​
即便阅读文献也行获得答案,然而真人指导效果自然是更好的。
搞科研是个系统的工作,遇到的各个细节都要弄了然,保不准哪天就会用上。
缘于每测试的每一个数据,最终都要转化为对结果的论证,总不能在写论文时,告诉别人,我们测试了某个XXX,得到的数据是XXX,随后就截只是止。
一定要对所得数据进行分析,讨论它与论文结论的关系。
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倘若是比较异常的结果,无法解释,那也要说明「这样东西现象我们暂时无法解释」,但这样的话出现一两次还行,通篇都是「我们无法解释」的话,就会被审稿人教做人了。
「刚才测试时,我发现我们做的器件,大多数波长下的EQE值都在60%以下,而硅电池却能到80%以上,这是为啥呢。」许秋问道。
「简单来说,就是现在使用的P3HT材料存在很多问题,需要改进。
如果要具体展开来说,首先你要知道太阳能转化为电能的过程:
太阳光照射出光子,光电材料组成的有效层吸收光子,其内部产生电子-空穴对,然后电子-空穴对拆分为自由电荷、自由电荷在材料内输运,接着在电极处被收集,最终形成电流。
这样东西过程很复杂,中途任何某个步骤出现问题,都会导致电流损失,表观上看到的就是EQE低。」陈婉清道。
「我懂了,」许秋道:「因此人们就基于P3HT,进行改进,到现在最好用的给体材料就是PTB7-TH。」
「是啊,有机光伏领域发展了20年,材料也迭代了好多代,包括PTB7-TH,你明白它为什么叫这样东西名字吗?」陈婉清询问道。
许秋摇摇头,他也只是知道一个名称而已。
陈婉清解释道:
「这是某个系列的材料,其中T表示噻吩并噻吩单元,B表示苯并噻二唑单元,P表示它是由这两个单元共聚而成的聚合物,因此最早它是叫PTB。
后来研究者们又基于PTB,对其进行改性,得到PTB2、PTB3,始终到PTB7。
再将PTB7上一个支链上的苯环改为噻吩环,因此加上了某个噻吩的缩写-TH,就得到了现在的PTB7-TH。
而且,这20年来,主要改进的方向都是聚合物给体材料,受体一直使用的都是PCBM系列。
或许将来某一天,受体领域也能够取得破境,对有机光伏领域造成翻天覆地的改变吧。」
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