349 冲击CNS顶刊的途径（求订阅）（2/2）
《我有科研辅助系统》作者：肥美的韭菜 2021-04-23 07:40
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当然，把效率做这么高，已经不是出于商业化应用的考虑了，主要目的是探索科学的边界。
换句话来说，就是想知道以人类的力量，能把这个光电转换效率的数值堆到多高。
在实际应用上呢，并没有太多的意义。
一方面，30%和40%差距并不大，只差三分之一罢了，又不像效率从1%提升到11%，有10倍的差距；
另一方面，对于效率这么高的太阳能电池体系，基本上都用到了砷化镓，这玩意的成本非常高，只能用于军用或高端应用领域，比如卫星、空间站之类的，就算把效率优化到100%，也没有民用的价值。
这种叠层器件，是串联的结构，但和普通干电池的那种串联有所不同。
叠层器件在空间结构上是一个整体，不论是“双终端”还是“四终端”，都是一个器件只吸收一单位的太阳光。
比如，对于一个双结有机太阳能电池叠层器件来说，当太阳光入射后，首先经过顶电池，吸收了300-600纳米的光，然后剩余的主要是波长大于600纳米的光，将被底电池再次吸收。
听起来很美好，可以规避有机光伏器件激子吸收特性带来的光吸收范围窄的问题，有效的利用太阳光能。
但实际上，叠层器件在有机光伏领域的表现并不如意。
目前，纯有机光伏的叠层器件的效率，只有12%左右，本来和单结器件的1221%相当，而当许秋将单结效率突破到接近13%后，叠层器件的性能实际上已经落后于单结了。
主要还是因为之前常年使用的pcbm富勒烯衍生物体系，受体材料几乎不能吸可见光，只能依靠给体材料吸光。
如果考虑到光吸收互补，采用一个窄带隙给体的体系和一个宽带隙给体的体系的话，由于窄带隙的给体材料对应的短路电流通常较高，可能出现顶电池和底电池电流不匹配的问题。
因为器件是串联连接的，根据中学物理知识，串联电路电流处处相等。
假如上下两个电池器件的短路电流密度差距过大，比如一个10毫安每平方厘米，另一个6毫安每平方厘米，那么最终表现出来的电流就会在6毫安每平方厘米左右。
对于第一个电池来说，就会直接损失大约40%的效率。
电压方面的问题倒是不大，各个电池之间近似是线性叠加的，比如一个是08伏特，另一个是07伏特，那么最终就是14、15伏特的样子。
除了短路电流方面的问题，另外还有加工工艺上的问题。
有机光伏领域现有文献报道的叠层器件，大多数都是双结两终端的结构，在制备叠层器件时，两个电池中间需要有一层电荷复合层，通常采用的是导电的电极材料。
而这层电极必须是透光的，因为如果不透光，下层的电池就废了，没有光可吸收了。
透光的电极，比如ito，不能通过溶液法制备，只能用磁控溅射等方法。
而磁控溅射的话，一方面温度高，可能破坏有效层的结构，另一方面，一台磁控溅射的设备，一般需要50-80万，就用来做个ito电极，有点大炮打蚊子的意思，除非是那种大课题组，经费花不完，才会买一台用用。
基于ito制备困难的现状，主流的思路是采用金属电极作为电荷复合层，需要解决的主要问题就是透光性。
其中一个方法，可以采用薄的金属电极作为电荷复合层，比如蒸镀几纳米的银，可以兼顾导电率和透光率。
日常生活中的金属不透光，本质是金属原子把入射的光子都吸收或反射了，而在几纳米这个尺度下，哪怕是金属，也可以透光，当然，透光率不会太高，可能在50%左右。
这种方法的优点是制备工艺简单，只需要修改蒸镀电极时的厚度即可，缺点则是透光性不理想。
另外一个方法是采用银纳米线、银纳米颗粒等方法，优点是透光性会好一些，缺点是制备工艺比较复杂。
总结下来，制备叠层器件的思路，就是：
利用新开发出来的一系列itic衍生物非富勒烯材料，从中找到两个光吸收、短路电流适配的体系，再解决加工工艺方面的难题，最终实现器件效率的飞跃。
根据理论计算，如果一切顺利，效率将有望达到15%以上！
这便是许秋试图冲击cns顶刊的途径。
当然，实际做起来，肯定要分成多步进行，徐徐图之。
因为叠层器件的工艺难度很大，国内能做叠层器件的课题组也不多，徐正宏算是一个主力，主要是老外在做。
许秋打算先从半透明器件开始入手，这算是制备叠层器件的一个前置条件，像是四终端法的顶电池，其实就是一个半透明器件。
而且，制备半透明器件，还有其他额外的好处：
一方面课题组里开发出来的近红外非富勒烯受体，比如fn-4f、ieico-4f、ieico-4cl，这些可以利用起来发一些文章；
另一方面这也是有机光伏未来商业化的亮点之一，可以和蓝河那边进行合作，比如把柔**件制作成各种各样的颜色，然后可以贴在楼宇外侧，用来装饰发电。
ps：欠更4w，已还3w8，明天大概能把欠更还完吧……这个月日均码字接近八千，给自己点个赞。
当然，把效率做这么高，已经不是出于商业化应用的考虑了，主要目的是探索科学的边界。
换句话来说，就是想知道以人类的力量，能把这个光电转换效率的数值堆到多高。
在实际应用上呢，并没有太多的意义。
一方面，30%和40%差距并不大，只差三分之一罢了，又不像效率从1%提升到11%，有10倍的差距；
另一方面，对于效率这么高的太阳能电池体系，基本上都用到了砷化镓，这玩意的成本非常高，只能用于军用或高端应用领域，比如卫星、空间站之类的，就算把效率优化到100%，也没有民用的价值。
这种叠层器件，是串联的结构，但和普通干电池的那种串联有所不同。
叠层器件在空间结构上是一个整体，不论是“双终端”还是“四终端”，都是一个器件只吸收一单位的太阳光。
比如，对于一个双结有机太阳能电池叠层器件来说，当太阳光入射后，首先经过顶电池，吸收了300-600纳米的光，然后剩余的主要是波长大于600纳米的光，将被底电池再次吸收。
听起来很美好，可以规避有机光伏器件激子吸收特性带来的光吸收范围窄的问题，有效的利用太阳光能。
但实际上，叠层器件在有机光伏领域的表现并不如意。
目前，纯有机光伏的叠层器件的效率，只有12%左右，本来和单结器件的1221%相当，而当许秋将单结效率突破到接近13%后，叠层器件的性能实际上已经落后于单结了。
主要还是因为之前常年使用的pcbm富勒烯衍生物体系，受体材料几乎不能吸可见光，只能依靠给体材料吸光。
如果考虑到光吸收互补，采用一个窄带隙给体的体系和一个宽带隙给体的体系的话，由于窄带隙的给体材料对应的短路电流通常较高，可能出现顶电池和底电池电流不匹配的问题。
因为器件是串联连接的，根据中学物理知识，串联电路电流处处相等。
假如上下两个电池器件的短路电流密度差距过大，比如一个10毫安每平方厘米，另一个6毫安每平方厘米，那么最终表现出来的电流就会在6毫安每平方厘米左右。
对于第一个电池来说，就会直接损失大约40%的效率。
电压方面的问题倒是不大，各个电池之间近似是线性叠加的，比如一个是08伏特，另一个是07伏特，那么最终就是14、15伏特的样子。
除了短路电流方面的问题，另外还有加工工艺上的问题。
有机光伏领域现有文献报道的叠层器件，大多数都是双结两终端的结构，在制备叠层器件时，两个电池中间需要有一层电荷复合层，通常采用的是导电的电极材料。
而这层电极必须是透光的，因为如果不透光，下层的电池就废了，没有光可吸收了。
透光的电极，比如ito，不能通过溶液法制备，只能用磁控溅射等方法。
而磁控溅射的话，一方面温度高，可能破坏有效层的结构，另一方面，一台磁控溅射的设备，一般需要50-80万，就用来做个ito电极，有点大炮打蚊子的意思，除非是那种大课题组，经费花不完，才会买一台用用。
基于ito制备困难的现状，主流的思路是采用金属电极作为电荷复合层，需要解决的主要问题就是透光性。
其中一个方法，可以采用薄的金属电极作为电荷复合层，比如蒸镀几纳米的银，可以兼顾导电率和透光率。
日常生活中的金属不透光，本质是金属原子把入射的光子都吸收或反射了，而在几纳米这个尺度下，哪怕是金属，也可以透光，当然，透光率不会太高，可能在50%左右。
这种方法的优点是制备工艺简单，只需要修改蒸镀电极时的厚度即可，缺点则是透光性不理想。
另外一个方法是采用银纳米线、银纳米颗粒等方法，优点是透光性会好一些，缺点是制备工艺比较复杂。
总结下来，制备叠层器件的思路，就是：
利用新开发出来的一系列itic衍生物非富勒烯材料，从中找到两个光吸收、短路电流适配的体系，再解决加工工艺方面的难题，最终实现器件效率的飞跃。
根据理论计算，如果一切顺利，效率将有望达到15%以上！
这便是许秋试图冲击cns顶刊的途径。
当然，实际做起来，肯定要分成多步进行，徐徐图之。
因为叠层器件的工艺难度很大，国内能做叠层器件的课题组也不多，徐正宏算是一个主力，主要是老外在做。
许秋打算先从半透明器件开始入手，这算是制备叠层器件的一个前置条件，像是四终端法的顶电池，其实就是一个半透明器件。
而且，制备半透明器件，还有其他额外的好处：
一方面课题组里开发出来的近红外非富勒烯受体，比如fn-4f、ieico-4f、ieico-4cl，这些可以利用起来发一些文章；
另一方面这也是有机光伏未来商业化的亮点之一，可以和蓝河那边进行合作，比如把柔**件制作成各种各样的颜色，然后可以贴在楼宇外侧，用来装饰发电。
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