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1+11的效果。
不過,現階段的最高器件效率仍然沒有突破17%,隻有16.94%,相較於前值的16.66%和16.83%,提升幅度並不高。
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,隻能交給模擬實驗室III來進行。
模擬實驗室III中,隻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隻有現實中的十倍左右。
對於普通器件的體係來說,模擬實驗室III出馬,耗費一兩天的時間,就相當於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。
隻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:頂電池厚度處於90180納米範圍內,底電池厚度處於120300納米範圍內的條件下,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:頂電池厚度處於120150納米範圍內,底電池厚度處於180210納米範圍內的條件下,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並不是一個矩形,而是一個近似於三角形的樣子。
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,那麼頂電池厚度120150納米範圍內,一共有4個檔次,底電池厚度180210納米範圍內,同樣有4個檔次,也就是一共要摸索4*4=16種條件。
如果每種條件製作3批器件,每批器件重複3片,一共16*3*3=144片,這太多了,一個半小時絕對做不完。
如果每種條件製作2批器件,每批器件重複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:
每種條件製作1批,每批器件重複1片,那麼總器件數量就縮減到隻有16片。
一般光伏器件都要重複10批以上,但現在許秋沒有那麼多時間,就隻能希望自己歐一些,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,發現沒有什麼異常情況,然後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。
隨著係統的不斷升級,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。
對於蒸鍍操作來說,本來要抽一個小時的真空,在64倍速的條件下,就隻需要一分鐘的時間。
蒸鍍過後要放置12個小時,64倍速換算過來,也隻要10分鐘。
當然,積分消耗也是非常的誇張,64倍速使用一個小時,就需要消耗6400積分。
好在許秋現在剩餘積分非常的多,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。
一方麵,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,旋塗好了用於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塗,從而節省大量的時間。
另一方麵,模擬實驗人員已經通過若乾次旋塗實驗,結合光吸收光譜儀、掃描電子顯微鏡等手段,得到了旋塗轉速和膜厚之間的對應關係。
許秋可以直接按照指定轉速旋塗,即可得到對應的膜厚,不需要自己重複摸索,也節省了不少的時間。
準備就緒,開始實驗。
許秋取來旋塗好兩層傳輸層的基片,首先開始旋塗不同厚度的J4:IDICM,作為底電池有效層。
在旋塗的過程中,並不能全程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,平常旋塗一片需要用時2分鐘,現在64倍速下,大概需要用1015秒鐘。
16片塗完,一共消耗了5分鐘不到的現實時間。
接下來,許秋繼續旋塗MPEDOT,作為第三層傳輸層,旋塗氧化鋅,作為第四層傳輸層。
這兩層旋塗過後需要擦片、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。
兩步旋塗,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。
許秋繼續旋塗頂電池的有效層,PCE10:PCBM:COi8DFIC。
這步耗時和底電池有效層旋塗類似,同樣是5分鐘不到。
最後一步,是蒸鍍三氧化鉬和銀電極。
在蒸鍍之前,許秋突然靈機一動,他把旋塗出來的16片基片,各自複製成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。
包括之後的真空放置操作,許秋也準備同時複製出來多個器件,然後摸索不同放置時間對器件性能的影響。
這樣,他雖然隻做了一批器件,但是實際上已經把包括蒸鍍、真空放置的重複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,它們隻會按部就班的一批一批器件進行製備。
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,並真空放置,在64倍加速下,加起來一共不到30分鐘時間。
10批器件全部製備完畢,共計耗時45分鐘左右。
看似初始條件下許秋隻做了16片器件,但經過兩次複製,總的器件數量已經膨脹到了1000多片。
終於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,把初次測試效率低於16.5%的器件直接舍棄。
如果初次能達到16.5%,那麼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,最好的一個體係是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,最後他隻好放棄。
直到第13#器件,許秋終於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,然後就開始專攻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,測試完畢後,最高效率提高至17.27%。