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349 衝擊CNS頂刊的途徑(求訂閱)(2 / 2)

換句話來說,就是想知道以人類的力量,能把這個光電轉換效率的數值堆到多高。

在實際應用上呢,並沒有太多的意義。

一方麵,30%和40%差距並不大,隻差三分之一罷了,又不像效率從1%提升到11%,有10倍的差距;

另一方麵,對於效率這麼高的太陽能電池體係,基本上都用到了砷化镓,這玩意的成本非常高,隻能用於軍用或高端應用領域,比如衛星、空間站之類的,就算把效率優化到100%,也沒有民用的價值。

這種疊層器件,是串聯的結構,但和普通乾電池的那種串聯有所不同。

疊層器件在空間結構上是一個整體,不論是“雙終端”還是“四終端”,都是一個器件隻吸收一單位的太陽光。

比如,對於一個雙結有機太陽能電池疊層器件來說,當太陽光入射後,首先經過頂電池,吸收了300600納米的光,然後剩餘的主要是波長大於600納米的光,將被底電池再次吸收。

聽起來很美好,可以規避有機光伏器件激子吸收特性帶來的光吸收範圍窄的問題,有效的利用太陽光能。

但實際上,疊層器件在有機光伏領域的表現並不如意。

目前,純有機光伏的疊層器件的效率,隻有12%左右,本來和單結器件的12.21%相當,而當許秋將單結效率突破到接近13%後,疊層器件的性能實際上已經落後於單結了。

主要還是因為之前常年使用的PCBM富勒烯衍生物體係,受體材料幾乎不能吸可見光,隻能依靠給體材料吸光。

如果考慮到光吸收互補,采用一個窄帶隙給體的體係和一個寬帶隙給體的體係的話,由於窄帶隙的給體材料對應的短路電流通常較高,可能出現頂電池和底電池電流不匹配的問題。

因為器件是串聯連接的,根據中學物理知識,串聯電路電流處處相等。

假如上下兩個電池器件的短路電流密度差距過大,比如一個10毫安每平方厘米,另一個6毫安每平方厘米,那麼最終表現出來的電流就會在6毫安每平方厘米左右。

對於第一個電池來說,就會直接損失大約40%的效率。

電壓方麵的問題倒是不大,各個電池之間近似是線性疊加的,比如一個是0.8伏特,另一個是0.7伏特,那麼最終就是1.4、1.5伏特的樣子。

除了短路電流方麵的問題,另外還有加工工藝上的問題。

有機光伏領域現有文獻報道的疊層器件,大多數都是雙結兩終端的結構,在製備疊層器件時,兩個電池中間需要有一層電荷複合層,通常采用的是導電的電極材料。

而這層電極必須是透光的,因為如果不透光,下層的電池就廢了,沒有光可吸收了。

透光的電極,比如ITO,不能通過溶液法製備,隻能用磁控濺射等方法。

而磁控濺射的話,一方麵溫度高,可能破壞有效層的結構,另一方麵,一台磁控濺射的設備,一般需要5080萬,就用來做個ITO電極,有點大炮打蚊子的意思,除非是那種大課題組,經費花不完,才會買一台用用。

基於ITO製備困難的現狀,主流的思路是采用金屬電極作為電荷複合層,需要解決的主要問題就是透光性。

其中一個方法,可以采用薄的金屬電極作為電荷複合層,比如蒸鍍幾納米的銀,可以兼顧導電率和透光率。

日常生活中的金屬不透光,本質是金屬原子把入射的光子都吸收或反射了,而在幾納米這個尺度下,哪怕是金屬,也可以透光,當然,透光率不會太高,可能在50%左右。

這種方法的優點是製備工藝簡單,隻需要修改蒸鍍電極時的厚度即可,缺點則是透光性不理想。

另外一個方法是采用銀納米線、銀納米顆粒等方法,優點是透光性會好一些,缺點是製備工藝比較複雜。

總結下來,製備疊層器件的思路,就是:

利用新開發出來的一係列ITIC衍生物非富勒烯材料,從中找到兩個光吸收、短路電流適配的體係,再解決加工工藝方麵的難題,最終實現器件效率的飛躍。

根據理論計算,如果一切順利,效率將有望達到15%以上!

這便是許秋試圖衝擊CNS頂刊的途徑。

當然,實際做起來,肯定要分成多步進行,徐徐圖之。

因為疊層器件的工藝難度很大,國內能做疊層器件的課題組也不多,徐正宏算是一個主力,主要是老外在做。

許秋打算先從半透明器件開始入手,這算是製備疊層器件的一個前置條件,像是四終端法的頂電池,其實就是一個半透明器件。

而且,製備半透明器件,還有其他額外的好處:

一方麵課題組裡開發出來的近紅外非富勒烯受體,比如FN4F、IEICO4F、IEICO4Cl,這些可以利用起來發一些文章;

另一方麵這也是有機光伏未來商業化的亮點之一,可以和藍河那邊進行合作,比如把柔**件製作成各種各樣的顏色,然後可以貼在樓宇外側,用來裝飾發電。

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