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458 《科学》,正式启航!(万更求订阅)(4/7)

为能量损失有五个档次,所以对应的三维立体坐标系中就有五个曲面。

    许秋为了表述直观,还给五个曲面染了色,从蓝到红分别表示光电转换效率逐渐增大。

    这张图片看起来比较高端,但其实背后的计算过程并不复杂。

    顶电池的光吸收边,可以通过公式换算出有效层材料的禁带宽度,禁带宽度再减去假定的能量损失,就得到了开路电压。

    禁带宽度已知,外量子效率已知,可以通过积分计算得到短路电流密度。

    最后,填充因子是给定的075。

    三者相乘,就得到了最终的光电转换效率。

    理论预测的结果还是比较美好的。

    在光吸收边为1100纳米,外量子效率75,填充因子075,能量损失06电子伏特的条件下,有机光伏叠层器件的效率可以达到20!

    20!

    然而,理想很丰满,现实有点短。

    现实的情况是,每个值都比理想情况下差5左右。

    比如,光吸收边实际上只有1000纳米,外量子效率只有70,填充因子只有070,能量损失是065电子伏特。

    从而导致,现实里的结果差不多就是20095095095095=163。

    而现在都还做不到163呢。

    不过经过许秋团队的努力,已经非常的接近这个数值了。

    剩下的b、、d三张图片,就是把三维坐标系之下立体的a图,变为二维坐标下的平面图。

    也就是分别固定外量子效率、顶电池的光吸收边,以及每个子电池的能量损失,三个变量其中的一个,考察光电转换效率随另外两个变量变化的二维图谱。

    其中,光电转换效率同样通过之前的蓝红颜色进行表示,并绘制出等效率线。

    值得注意的是,在这些半经验分析图片中,许秋都把填充因子恒定为075。

    一方面,是因为填充因子相对比较特殊。

    它虽然是变量,但影响它的因素非常多,不是很好优化和界定,不像短路电流密度和开路电压,可以认为直接和材料禁带宽度相关。

    理论上讲,填充因子主要受到太阳能电池器件本身的影响,最终得到的器件串联电阻越大,并联电阻越小,填充因子就越小。

    但实际上,不论是串联电阻还是并联电阻,都是在涂膜后才测试出来的,在涂膜前怎么让这两个数值随心意而改变,是比较难以做到的。

    换言之,器件填充因子的优化,几乎是纯粹的结果导向。

    填充因子比较小的体系,用到的光电材料以及加工工艺,在发展的过程中会被自动淘汰,或者自动转为冷门的领域。

    比如,全聚合物有机光伏的n2200的体系,填充因子通常会比较低,甚至只有05、06左右,现在做这个领域的研究者就非常的少。

    另一方面,也是因为在一个三维立体图谱中,只能有三个自变量,如果再加上一个填充因子作为变量,就需要用到四维坐标系了。

    四维坐标系,许秋就算想画,也画不出来。

    况且,现在虽说是三个自变量、一个因变量,其实也是有限制的。

    其中一个自变量“每个子电池的能量损失”并不是连续变化,而是以01电子伏特为间隔跳动变化的。

    如果这个变量也连续变化,那么最终得到的就是连续曲面。

    点动成线,线动成面,面动成体。

    连续变化的曲面就会等效为一个立体的结构。

    此时,“每个子电池的能量损失”变量,将取代光电转换效率成为新的z坐标。

    而原本是z坐标的效率将“坍缩”为颜色,或者是一个强度值,从而得到一张真·立体图谱。

    在纸张这种二维空间中,是无法表达“真·立体图谱”这种三维图谱的。

    这也是之前“每个子电池的能量损失”非连续变化的原因。

    第二张图片,单结器件相关的表征。

    这个和平常发的文章没什么太大的区别,相对比较常规,许秋暂定做四张图片

    顶电池、底电池有效层材料的分子结构;

    顶电池、底电池有效层的光吸收光谱;

    单结顶电池、底电池器件各自的j-v曲线;

    单结顶电池、底电池器件的eqe曲线。

    第三张图片,叠层器件相关的的表征。

    有些类似于第二张图片,许秋暂定做六张图片

    叠层器件的结构示意图;

    能级结构图,包括电极功函数、有效层和传输层h/u能级;

    叠层器件效率随着顶电池和底电池厚度变化的二维图谱,类似于第一张图的b、、d图,光电转换效率用颜色表示,并标注出等效率线;

    最佳叠层器件的j-v特性曲线;

    最佳叠层器件的eqe曲线,包括两个电池单独
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