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,那么最終表現出來的電流就會在6毫安每平方厘米左右。
對于第一個電池來說,就會直接損失大約40%的效率。
電壓方面的問題倒是不大,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,那么最終就是1.4、1.5伏特的樣子。
除了短路電流方面的問題,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,在制備疊層器件時,兩個電池中間需要有一層電荷復合層,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,不能通過溶液法制備,只能用磁控濺射等方法。
而磁控濺射的話,一方面溫度高,可能破壞有效層的結構,另一方面,一臺磁控濺射的設備,一般需要50-80萬,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,才會買一臺用用。
基于ITO制備困難的現狀,主流的思路是采用金屬電極作為電荷復合層,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復合層,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。
這種方法的優點是制備工藝簡單,只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,缺點是制備工藝比較復雜。
總結下來,制備疊層器件的思路,就是:
利用新開發出來的一系列ITIC衍生物非富勒烯材料,從中找到兩個光吸收、短路電流適配的體系,再解決加工工藝方面的難題,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!
這便是許秋試圖沖擊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,這算是制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,制備半透明器件,還有其他額外的好處:
一方面課題組里開發出來的近紅外非富勒烯受體,比如FN-4F、IEICO-4F、IEICO-4Cl,這些可以利用起來發一些文章;
另一方面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**件制作成各種各樣的顏色,然后可以貼在樓宇外側,用來裝飾發電。
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