許秋打算把這個初步的想法暫時交給模擬實驗室III,讓高級實驗人員幫忙摸索著。
算是走一步閑棋,如果有效果那自然最好,就算沒有效果,也無妨。
等眼下ITIC系列的這些工作完成后,他再投入精力攻關就是了。
除了這種大幅度對分子結構進行改性的手段,許秋還有另外一種可行的策略,有望實現器件效率的突破。
那就是制備疊層太陽能電池器件。
所謂疊層器件,顧名思義,就是多個電池串聯,“疊”在一起。
平常許秋制備的器件都是單結的,也就是一個電池,如果忽略傳輸層,那么結構就是電極/有效層/電極。
要是雙結疊層電池器件,分為雙終端結構和四終端結構,雙終端結構就是電極/有效層1/電極(電荷復合層)/有效層2/電極,四終端結構就是兩個“電極/有效層/電極”。
要是三結疊層電池器件,那么就是三個有效層,四結就是四個有效層。
五結,暫時沒聽說過……
漂亮國的國家可再生能源實驗室(NREL),也就是魏興思回國前的工作單位,在傳統無機硅、砷化鎵、CIGS等體系中常年保持著各項世界紀錄,按照2015年8月份的數據,三結器件的最高效率已經達到了44.4%,四結更是到了46.0%。
當然,把效率做這么高,已經不是出于商業化應用的考慮了,主要目的是探索科學的邊界。
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,并沒有太多的意義。
一方面,30%和40%差距并不大,只差三分之一罷了,又不像效率從1%提升到11%,有10倍的差距;
另一方面,對于效率這么高的太陽能電池體系,基本上都用到了砷化鎵,這玩意的成本非常高,只能用于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,但和普通干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”,都是一個器件只吸收一單位的太陽光。
比如,對于一個雙結有機太陽能電池疊層器件來說,當太陽光入射后,首先經過頂電池,吸收了300-600納米的光,然后剩余的主要是波長大于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范圍窄的問題,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并不如意。
目前,純有機光伏的疊層器件的效率,只有12%左右,本來和單結器件的相當,而當許秋將單結效率突破到接近13%后,疊層器件的性能實際上已經落后于單結了。
主要還是因為之前常年使用的PCBM富勒烯衍生物體系,受體材料幾乎不能吸可見光,只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系和一個寬帶隙給體的體系的話,由于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。