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458 《科学》,正式启航!(万更求订阅)

率和顶电池的光吸收边变化的曲面图像。

    因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0.75。

    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0.75,能量损失0.6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0.70,能量损失是0.65电子伏特。

    从而导致,现实里的结果差不多就是20%*0.95*0.95*0.95*0.95=16.3%。

    而现在都还做不到16.3%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、c、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0.75。

    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。

    


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