旋涂完成后,許秋找到陳婉清,請教接下來的實驗操作。
學姐拿出實驗記錄本,一邊寫寫畫畫,一邊講解教學:
“我們最終要得到的是多層結構的太陽能電池器件,比如現在做的這個體系,正結構就是Glass/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PC[60]BM:PC[70]BM/Ca/Al。
共有六層結構,層與層之間用“/”分隔,“:”則表示該層是由兩種或以上物質共混。
那么,你這幾天下來做的工作就是:
首先,清洗具有ITO圖案的玻璃基片,得到Glass/ITO部分;
然后,旋涂PEDOT:PSS溶液和有效層,得到PEDOT:PSS/P3HT:PC[60]BM:PC[70]BM部分;
最后一步,也就是接下來要做的,是采用真空鍍膜方法,將鈣和鋁蒸鍍至基片上,得到Ca/Al部分。
真空鍍膜法,原理是在真空條件下,加熱靶材,使之氣化,靶材形成的氣態分子會在艙體內運動,最終均勻沉積在樣品表面,形成薄膜。
我們采用的加熱方法有兩種,一種是束源爐加熱,另一種是鎢絲加熱。
蒸鍍的操作比較繁瑣,有很多細節需要注意,所以我來親自指導你。”
“好的,學姐。”許秋道。
兩人做好防護,進入實驗室。
許秋先將旋涂好的基片,從手套箱中拿出,然后迅速轉移至裝有蒸鍍裝置的手套箱中。
這個手套箱外接有三只橡膠手套,同時只能進入一個人。
于是,許秋進入箱內,學姐則在外面。
箱體內主要有兩臺大型設備,左邊的是蒸鍍裝置。
蒸鍍艙的艙體是由厚重的鋼板所制,艙門用軌道連接在艙體上。
許秋將艙門朝右邊推開,推著還蠻沉的。
他好奇道:“學姐,這套設備也不便宜吧。”
“整套設備差不多20萬吧,包括蒸鍍艙、分子泵、循環水系統、總控制臺,是找沈羊一家專門做真空設備的公司訂做的。
他們公司離這邊比較遠,所以弄壞的話修起來也麻煩,上次循環水出了故障,他們過來修,路費就要了五千。”陳婉清。
“學姐怎么知道的這么清楚?”許秋疑惑道。
“因為學校要統計實驗室的固定資產,價格超過1000元的都要統計上報。實驗室雖然是魏老師管,但所有權是歸國家的,因為申請的科研經費是國家出的。除非是老板自掏腰包或者企業出錢,那就另說。”陳婉清道。
許秋點點頭,開始打量艙體內部。
下面有四個圓柱體形狀的爐子,應該是束源爐。
四個束源爐旁邊有兩個金屬平臺,每個平臺上面都有一塊金屬板,大概六厘米長,三厘米寬,一厘米厚,金屬板通過六角螺絲與平臺連接,中間有一定的縫隙。
“學姐,這個是干什么用的?”許秋指著平臺問道。
“這個是電流加熱裝置,將用鎢絲制成的簍,放在兩個平臺間,用金屬板壓住鎢簍兩端,通電流對鎢簍加熱,可達到很高的溫度,使其內部靶材氣化,進行蒸鍍。”陳婉清道。
許秋繼續看向艙體,中間部分有一探頭狀的物體,像個吊燈一樣懸掛在束源爐和平臺的上方。
學姐順著許秋的目光看去,主動介紹道:
“這個是晶振裝置,探頭處裝有晶振片,用來實時檢測蒸鍍的薄膜厚度。它的位置一定不能亂動,因為現在的參數是已經標定過的,如果移動了它的位置,對膜厚的檢測結果就不標準了。此外晶振片也是有壽命的,所以需要定期更換晶振片,并重新標定厚度。”
艙體最上面是一塊大的圓形金屬擋板,以及一個可以旋轉的樣品臺。
“上面這個肯定是樣品臺了,為什么下面要加裝一塊金屬擋板呢?”許秋問道。
“這塊金屬擋板叫做樣品擋板,當他處于開啟狀態時,可以有效阻擋氣體分子沉積在樣品表面。因此,我們可以利用它,控制蒸鍍的開始和結束時間,得到精確的厚度。”陳婉清道。
將艙內情況了解完畢后,許秋開始做蒸鍍前的準備工作。
兩批基片的器件結構不同,需要分兩次進行蒸鍍。
第一批是正常結構,也就是蒸鍍鈣和鋁。
許秋首先在鎢簍中裝滿99.995%純度的鋁錠,然后讓學姐幫忙打開鈣束源爐的擋板。
擋板的開關是數控的,需要在手套箱外的總控臺操作。
打開擋板后,他取出束源爐內部的陶瓷坩堝,將上次使用后剩余的殘渣倒出,再加入兩勺新的99.995%純度的鈣粉末。
陶瓷坩堝是特質的,可以至少承受1000攝氏度以上的高溫,且十分穩定,不會與靶材反應,產生雜質。
完成后,他讓學姐關閉束源爐擋板。
最后,他將一片片基片正面朝下放置在樣品支架上,再將樣品支架放回樣品臺。
“學姐,沒有問題吧,可以關艙門了嗎。”許秋看向陳婉清。
“嗯嗯。”陳婉清點點頭。
許秋將艙門從右往左推回原位,然后旋轉艙門上下的兩個旋鈕,直至無法轉動為止。
許秋離開手套箱,和學姐一同來到總控臺,因為剩下的操作主要在總控臺完成。
總控臺接近兩米高,由十幾個模塊拼接而成,一共有30多個控制按鈕。
“旁邊有操作說明,嚴格按照說明來做就行。”陳婉清道。
許秋拿起真空鍍膜儀使用說明翻看,只有兩頁A4紙,并沒有想象中的多。
他表面上在看說明書,實則在心中查看系統。
系統已經將學姐的技能復制了,可以看到每步操作的細節,所以文字版的說明書意義已然不大。
“我看完了。”許秋道。
“這么快?”陳婉清道:“行,那你來操作吧,有什么問題我會提醒你的。”
第一步是打開循環水系統和空氣泵。
前者用來冷卻分子泵,而后者用來推動樣品擋板。
許秋找到位于總控臺后面的循環水裝置,按下綠色的啟動鍵,便聽到儀器發出嗡鳴聲,仔細聽的話還有水流聲。
然后,他走到空氣泵旁邊。
空氣泵上有一個橙紅色的瓶蓋大小的開關,需要拉起來,才能啟動機器。
許秋試著向上拉,開關卻紋絲不動,他也不敢太用力,便說道:
“學姐,怎么弄。”
“用力弄啊。”
“砰!”