不管背后的原因是什么，既然现在的器件效率已经超过了16%，那么外量子效率EQE曲线就肯定要测试了。于是，许秋向韩嘉莹打了声招呼：“我去给EQE的电脑开机，预热一下，等会儿要测试。”“好哒~师兄~”韩嘉莹用甜腻腻的声音说道，当只有他们两个人在场的时候，学妹会比较放的开，而平常人多的时候，她就比较含蓄。说完，学妹还开心的哼起了歌，“啦啦啦，啦啦啦啦，啦啦啦，啦啦啦啦……”，显然是对自己拿到的16%效率数据非常满意。许秋笑着摇了摇头，走到旁边的实验台，打开EQE的电脑。在测试样品的EQE曲线之前，还需要连接线路，测试标准硅电池的EQE曲线，进行标定。其实，如果想偷懒的话，等下可以只测试最佳叠层体系的EQE曲线，这样就比较省时间。不过，从数据完备性的角度来讲，最好还是全部都测试一遍。因为万一之后要用到某个数据，结果发现之前因为偷懒没有测，那可能就需要把整个体系的器件全部重做一遍，再进行测试。而且，有时候做一遍器件都不一定能拿得到所需要的数据，需要重复两遍、三遍，甚至更多次。尤其是要发表《科学》这种档次的文章，对于数据完备性的要求非常高，在投稿的时候还需要额外上传全部的原始数据文件。而像平常投AM之类的文章就不需要上传原始数据，只需要上传正文文件以及支持信息即可。许秋自然没有选择偷懒的做法，打算把所有器件都测试一遍。主要也是因为现在是他和学妹两个人合作进行实验，一个负责J-V曲线的测试，一个负责EQE曲线的测试。同样的工作量分摊开来，所花费的时间就只有原先的六七成，可能总共花费一个多小时就可以完成。而现在距离晚上十二点还有三个小时，时间上肯定是来得及，不需要那么赶。于是，许秋一心三用。一边操作EQE的电脑进行测试，一边陪着学妹聊天，一边在脑海中思考这次器件效率数据异常高的原因。思来想去，许秋发现主要有两个变量。一方面，是实验操作者的变化。之前主要是由许秋自己和莫文琳进行叠层器件的制备，这回换成了韩嘉莹。虽说学妹也是自己教出来的，操作习惯上按理说应该和自己并无太大的差别，但许秋也不能完全排除这方面的可能性。毕竟，人和人之间，多多少少还是有一些差异的。不过，就算真的是这方面的因素，现在也无法验证。只能让学妹下周过来，再做一批器件试试，看能不能把这个结果重复出来。另一方面，平常许秋他们做叠层器件的时候，通常会算好时间，等蒸镀完毕后直接进行测试，中途不会有太长时间的停留：如果下午五点半前能来得及测试完毕的话，那就下午测试；如果下午来不及完成测试，而数据又急着要的话，那就点外卖，加班把数据肝出来；如果数据不急着要的话，那就延迟蒸镀的开始时间，把蒸镀预期完成时间安排到晚上七点半之后，这样可以在休息过后进行实验。换言之，以前叠层器件的制备、测试等一系列过程是连续的。而这次，学妹在下午五点多蒸镀好叠层器件后，并没有立即进行测试，然后让蒸镀好的器件又在蒸镀舱的真空环境中放置了大概四个小时，一直到晚上九点左右，才开始进行的测试。也就是说，这批器件的制备、测试中间，有了大约四个小时的空窗期。如果放在平常，许秋肯定不会怀疑是这方面的原因，但现在他有些实在找不到原因了，只能从细节的地方着手考虑。而且，有机光伏器件也比较特殊，它的有效层是一种多相共混的体异质结结构。理论上，一旦器件被制备出来，只要不是处于绝对零度的条件下，有效层的形貌时时刻刻都在变化着。也因此，即使是同一个器件，在不同时间去测试它，得到的结果都会是不同的。只是人们一般不太会去考虑较短时间尺度下的器件性能变化，通常都是存放几百、上千个小时，来验证器件的稳定性。因为短期器件的存放，会受到影响的因素太多，难以进行控制。这时，许秋突然灵机一动，回忆起大约一年前，自己刚刚进入课题组的时候，田晴和他讲述的一段实验经历：“我周五蒸镀好的器件，把它们放在了蒸镀舱中存放，周日跑过来测试，器件效率居然比平常还高一些……”自那以后，组里其他人做器件都是半天，或者一天完成一批；而田晴就要拖到两天，甚至三天才完成一批，只有偶尔来了实验兴致，她才会在一天内把器件给做完。当时，许秋听到田晴的解释也没有太过在意，只当她是在给自己划水找借口。现在想想，田晴当时可能并不是在说谎，她确实发现了一个独特的实验现象。而且，她说的这个现象，或许也是具有普适性的，比如在叠层器件中同样适用。也就是说，当器件制备完成后，不立刻进行测试，而是让它们在蒸镀舱内的真空环境中放置一定的时间，有几率会引起器件性能的提高。这个变量比之前实验者的那个变量要更加容易验证一些。许秋直接在模拟实验室中开始操作，摸索不同体系的器件性能，随蒸镀完成后在蒸镀舱内放置时间的变化趋势。其中，所选择的体系包括各种经典二元单结体系，PCE10:PCBM、H22：ITIC等，以及最新的几种叠层体系。放置时间从0、1、3、6、9、12、18、24小时……不等。接下来，继续测试。除了第一片器件的效率达到了16.15%外，后面测到第七片的时候，再次出现了效率更加高的器件，达到了16.24%，反超了模拟实验室中16.22%的结果。而且，能更佳的第七片器件，加工条件并非是模拟实验室中摸索出来的最优条件。这倒是比较好理解，模拟实验室中的最优条件其实是针对于许秋的实验操作，现在出现了两个新的变量，最优条件大概率也会随之而改变。最终，许秋和韩嘉莹两人在实验室里忙活到了晚上十点五十分，终于把所有的数据都拿到手。EQE曲线积分得到的短路电流密度与J-V曲线中的结果基本一致，误差在5%以内，说明器件性能的数据是可靠的，16%的效率数据是真实的。结束实验后，许秋发现自己并没有之前想象中的那么劳累，感觉精力还是比较充沛的，可能是因为自己在手套箱外面工作，而且还可以坐在凳子上测试。学妹的脸倒是有些红彤彤的，不知道是累的，还是太过于激动开心的缘故。因为距离电影开场还有一段时间，两人选择在216休整。韩嘉莹坐在许秋的腿上，陷在了许秋的怀中，就像电池插在了充电器上一般。充了二十多分钟电，学妹再次变得元气满满，从许秋的身上弹了起来，欢快的说道：“下一站，电影院，我们冲鸭~”五角场，亿达影院。虽然是凌晨的首映，但因为叠加了跨年的因素，人还是比较多的。观影人群的主体以年轻人为主，大概率是周边魔都综合大学或者魔都财经大学的学生。电影名字是“凹凸曼大战毒液”，许秋之前看了看宣传的简介：主要讲述的是这两位宛如神邸一般强大的对手，在一场壮观的战争中相遇，彼时世界命运正悬于一线。为了找到真正的家园，凹凸曼与他的保护者们踏上了一次艰难的旅程。与他们一道前行的还有一个年轻的孤儿女孩……玛利亚，这个女孩与凹凸曼之间存在着一种独特而强大的紧密联系。但意想不到的是，他们在强行的航道上与愤怒的毒液狭路相逢，也由此在全球引起了一系列破坏。一股无形的力量造成了凹凸曼和毒液之间的巨大冲突，深藏在地心深处的奥秘也由此揭开。然后，许秋和韩嘉莹他们具体看了下来，发现剧情大致就是：凹凸曼遇到了毒液，他们打起来了，凹凸曼惨败了，但没有死……接下来，走了走剧情，他们又遇到了，又打起来了，凹凸曼又惨败了，但又没有死……反复几次过后，凹凸曼和毒液他们发现，幕后有大BOSS在暗中操纵这一切。于是，凹凸曼和毒液成为了朋友，一起合力干翻了大BOSS。最终，皆大欢喜。剧情嘛，算是中规中矩，打斗特效做的倒是非常不错。总体评分还是能给到7、8分的，值得一看。电影结束后，众人有序散场。许秋和韩嘉莹在大学路上手拉手，压着马路。途径一家快捷酒店，许秋撇了一眼学妹，见她走路的步伐似乎变慢了不少……于是，许秋试探的问道：“身份证带了嘛？”然后，得到学妹低声的回应：“嗯……”两人走进快捷酒店，许秋主动说道：“老板，来一间大床房。”“不好意思，今晚没有空余房间了。”“我们换下一家？”“好……”“老板，来一间大床房。”“不好意思，已经预定满了。”“老板……”“满了，一周前就预定满了，下次记得早点预定。”这几家都是沿路的快捷酒店，全部都没有空余的房间，别说大床房了，就连标间都被预约满了。许秋不由内心感慨，看来别人都是有备而来啊，果然机会总是会眷顾有准备的人。最后，许秋和韩嘉莹一路走回到了学校。许秋看到了旁边五星级的皇冠假日酒店，向韩嘉莹说道：“去试试运气？”学妹现在也不害羞了，大大方方的说道：“好呀。”“你好，还有房间吗，标间也行？”“先生你好，房间是有的，不过现在只有总统房了，你们要入住吗？”“多少钱？”“先生你好，总统房是1188软妹币一晚上。”“……来一间吧。”………………（据说几个省略号就是几次，划掉）元旦虽说有三天的假期，但对于科研圈是不存在的。因为课题组里的日程安排是1月1号、2号周六、周日休息，1月3号周一照常上班，1月8号周六下午还要补班，所以相当于没有休。1月3号，周一早上。许秋已经拿到了之前交给模拟实验室摸索的两个结果。首先，是不同体系的器件性能，随蒸镀完成后在蒸镀舱内放置时间的变化趋势。结果表明，之前最高效率16.22%的三元IDIC-M/二元COi8DFIC叠层体系，随着放置时间的延长，器件效率呈现先升后降的趋势。在放置时间为12小时的时候，器件效率达到峰值，为16.66%。许秋看到结果时的第一反应：“大概，这就是上帝留给划水实验者们的专属福利？”事实上，许秋之前没有发现这种“放置变好”的实验优化方法，很大程度上是受到了有机合成实验的影响。因为在做Stille偶合反应等有机合成实验的时候，许秋发现投反应的速度越快，最终的结果通常就越好，所以他在做器件的时候也直接代入了同样的想法。这也说明，搞科研这种东西，运气成分真的非常大。此外，这次“放置变好”的实验现象中，除了放置12小时达到峰值外，其他的结果也很有趣。许秋发现，当放置时间达到3小时时，最高效率就已经提升到了16.58%。之后延长放置时间，从6小时、到9小时，再到12小时，效率变化的幅度并不大，就是0.02%、0.03%左右，这样缓慢提升着。再之后，继续延长放置时间，效率下降的幅度同样不大，也是0.02%、0.03%左右，可以认为是效率在短期内已经趋于了稳定。同时，“放置变好”这个现象也不是对所有体系都适用的。许秋一共研究了十七种标准体系，发现其中只有五种体系，存在“放置变好”的实验现象，另外有八种体系是“放置变差”，还有四种体系是“放置不变”。他试着给“放置变好”、“放置变差”以及“放置不变”的体系分别归了归类，然后发现：“放置变好”、“放置变差”的体系，大多是有效层旋涂后，没有经过退火的体系，“放置不变”的体系，大多是经过退火处理的体系。退火这项实验操作，主要影响的是有效层旋涂过后残存的溶剂含量，如果不退火的话，沸点100多摄氏度的氯苯，以及沸点更高，可达200摄氏度以上的溶剂添加剂DIO等肯定会有所残留。因此，许秋认为“放置变好”、“放置变差”、“放置不变”这些实验现象，背后可以归因于：在蒸镀舱的真空环境下，器件内残存溶剂挥发对有效层形貌的影响。对于氯苯、DIO这些溶剂来说，它们在常温常压的条件下不容易挥发。而在常温低压的条件下，就会逐渐从器件有效层中“跑出来”，扩散到外界的真空氛围中。溶剂挥发的过程，是需要一定时间的。正常蒸镀的过程持续时间只有2小时左右，不足以让有效层内部的残留溶剂完全挥发。现在把这个时间额外延长3小时以上，就可以让溶剂近乎完全挥发。溶剂挥发的过程中，也将伴随着有效层显微形貌的改变。如果这个影响是正面的，反应出来的结果就是“放置变好”，反之，就是“放置变差”。在经过退火操作的器件中，因为有效层内残留的溶剂较少，所以可以认为不存在溶剂挥发这个过程。因此，额外的放置时间对于经由退火处理的器件性能的影响并不大。可能长时间放置也会有变化，但在短时间内的表现就是“放置不变”。当然，这些都是许秋提出的观点，具体对不对，只能通过不断的实验来检验。不过，他自我感觉这套理论没什么问题，至少现阶段的实验结果，是支持他这些推论的。许秋决定之后把“真空放置”这个实验操作，与热退火、溶剂退火等并列为一种对加工工艺进行优化的方式。具体操作起来，可以晚上蒸镀完成，不打开蒸镀舱，让基片在舱里“闷一晚上”，等到第二天白天过来再进行测试。这样做，就是消耗的时间会久一些。不过，为了提升器件性能，也是值得付出的成本。对于模拟实验室中的影响倒是不大，因为里面蒸镀舱的数量足够多，可以循环利用不同的蒸镀舱进行实验。另一方面，将PCBM引入顶电池的策略，同样获得了突破性的进展。现在二元IDIC-M/三元COi8DFIC体系在模拟实验室中的结果，器件效率已经达到了16.83%。相较于之前三元IDIC-M/二元COi8DFIC体系的16.22%，提升了0.61%。这个提升幅度在这个阶段，相对还是比较大的。不过，也很正常。之前国家纳米科学技术中心李丹课题组的报道工作，他们二元和三元体系之间的提升也有1%左右，反应到叠层器件中，能有0.61%的提升并不奇怪。现在，“真空放置”和“顶电池三元化”两项策略，双双取得了性能上的突破，可谓是双喜临门。而且，这两项策略许秋之前在摸索的时候，是相互独立的。换言之，如果把它们综合在一起，看现在这趋势，可以说是剑指17%！虽然许秋觉得有些梦幻，在短短一个多月的时间，他就把叠层器件的效率从原先的10%出头，做到了现在的接近17%。但其实从半经验分析结果上来看，叠层器件的性能显著高于单结器件才是正常的，叠层器件性能和单结器件差不多，那才是不正常的。比如，截止2018年6月16号，所有光伏体系中，三结和四结的叠层器件，世界最高效率记录已经分别达到了44.4%和46.0%。而单结器件中的王者，砷化镓光伏器件，最高效率也不过只有35.5%，两者相差10%。之前有机光伏领域一直处于不正常的区间，主要是因为没有找到合适的近红外受体材料。现在许秋团队带领着整个有机光伏领域，补足了这一块空缺，在效率上能够实现“飞跃”也不奇怪。如果能做到17%，就已经是非常好的数据了。看似有机光伏的17%，和其他光伏最高纪录的46.0%差距很大，但只要前者的器件成本能做到后者的三分之一甚至更低，那实际的差距就没有那么大。这也是为什么有些领域虽然性能不好，但也一直有研究者热衷于去研究的原因。PS：三月份一共更新21W+字，日均7000+字，四月份继续努力。PS2：当前月票是1819票，没想到一天涨了300多票，近400票，现在还差不到200票就能破两千了，期待明天早上起来，能看到月票数量是2开头的……