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388 哇,世界紀錄又被我打破了呢(2/2)

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他發現半透明器件這個概念在好幾年前就有了,文獻也不少,光一區二區的文章就有十多篇,不少都是國外一個大組YangYang發表的。

不過,之前只有富勒烯的體系,雖然可見光範圍內的平均透過率(AVT)可以做的很高,最高甚至能達到50%,但效率(PCE)一直上不去。

光有AVT,沒有PCE,這就和「只要面子,沒有里子」差不多,就比如50%的AVT配上1%的PCE,沒什麼太大的意義,光伏器件最終還是得回歸到效率的比拼上。

目前,性能最好的一個工作是基於PCE10:PCBM的半透明器件,效率只有7%,AVT也只有25%,他們採用的電極是薄層的10納米銀電極。

正式實驗的時候,許秋嘗試了三種薄層電極,分別是常用的金、銀、鋁,以PCE10:IEICO-4F和PCE10:FNIC-4F兩個體系作為標樣,製備了不同厚度金屬電極的器件,從5納米到正常的100納米不等。

最終的結果,以PCE10:IEICO-4F體系為例。

電極厚度在100納米條件下,金、銀、鋁電極,器件最高效率分別為12.3%、12.4%和12.5%,三種電極的器件效率相當。此時器件的AVT約為0,即器件幾乎完全不透過可見光。

50納米條件下,最高效率分別為12.0%、12.1%和12.0%,三種電極的器件效率仍然相當。此時器件的AVT同樣約為0。

30納米條件下,最高效率分別為10.8%、11.0%和6.2%,三種電極的器件效率產生分化,其中金、銀作為電極的器件,效率衰減不明顯,而鋁作為電極的器件,效率衰減比較嚴重。此時器件的AVT達到了5%-10%,可見光有部分可以透過,可以模模糊糊的看到器件背後的東西。

20納米條件下,最高效率分別為9.4%、10.2%和0%,金、銀作為電極的器件,效率衰減仍不明顯,而鋁作為電極的器件,已經斷路。此時器件的AVT達到了10%-20%,可見光有部分可以透過,可以模模糊糊的看到器件背後的東西。

10納米條件下,最高效率分別為8.0%、9.0%和0%,金、銀作為電極的器件,也開始發生分化,銀電極的器件效率更高。此時器件的AVT達到了20%-40%,可見光有較大的一部分可以透過,可以較為清楚的看到器件背後的東西。

5納米條件下,最高效率分別為5.3%、1.2%和0%,金電極器件仍然能保持一定的器件效率,而銀電極器件效率直接跳水,接近於斷路。此時器件的AVT達到了30%-45%,可見光有較大的一部分可以透過,可以很清楚的看到器件背後的東西。

另外,電極厚度降低的過程中,器件的效率衰減主要是因為短路電流密度降低所致,開路電壓、填充因子兩項參數幾乎保持不變。

針對這些實驗現象:

小學生的水平,能夠得出比較簡單的結論。

哇,世界紀錄又被我打破了呢。

這也很正常,以許秋現在手中擁有的資源,不選擇某個細分領域也就罷了,一旦選擇了某個領域,那也就標誌著這個細分領域的世界紀錄就要易主了。

畢竟,他現在已經暫時成為有機光伏這個大領域的領路人。

中學生的水平,可以稍微往深想一想。

製備半透明器件,鋁電極就是個垃圾,電極還沒等達到半透明呢,器件就已經撲街了。

大學生的水平,再往深想一想。

當前的體系選用銀電極比較好,在10-20納米比較合適的區間內,器件性能都是最佳的那一個,這或許和他是導電性能最好的金屬材料有關。

碩士生的水平,再再再往深想一想。

金電極在5納米的厚度下,性能反超了銀,這說明金屬電極能否在薄層狀態下導電,密度可能是一個非常關鍵的因素。

因為金的密度是19.32克每立方厘米,銀的密度是10.49克每立方厘米,而鋁只有2.70克每立方厘米。

金屬導電的實質,是金屬原子之間通過形成「電子氣」來傳導電子,這裡導電有個前提條件,那就是金屬原子之間要連續,不能有太多的缺漏。

在金屬膜比較厚的時候,密度小一些也無所謂,反正可以近似實現緊密堆積,就算偶爾有缺陷,旁邊也有其他的金屬原子兄弟可以代為傳遞;

而當金屬層比較薄的時候,密度小的金屬材料在蒸鍍時,就會更容易出現不均勻、不緻密的現象,這時產生了缺陷,結果旁邊沒有金屬原子兄弟幫忙了,那導致無法順暢的傳導電子,從而造成斷路。

博士生的水平,還能再再往深想一想。

相較於不透明的金屬電極,半透明金屬電極造成器件性能損失的一個主要來源,是電極導電率的下降,直接影響電極收集電荷的能力,從而造成短路電流密度的降低,最終導致器件效率的衰減。

但還有另外一個性能損失的來源,那就是來自不透明金屬電極的二次反射光會變少。

這個該怎麼理解呢?

當太陽光入射一個光伏器件表面後,有一部分光會直接反射、散射損失掉,有一部分會轉化為熱能損失掉,在這之後的太陽光會到達有效層。

有一部分到達有效層的光會被有效層吸收,形成激子,之後拆分輸運,形成電流,而還有一部分則會穿過有效層,到達頂電極的位置。

假如頂電極是100納米厚的金、銀、鋁,也就是不透光的,因為金屬會反射光,就會讓這一部分透過有效層的光重新回到有效層,也就是所謂的「二次反射」,同樣會對器件效率造成一定的貢獻。

而現在金屬電極變得半透明了,這部分光就會部分發生「二次反射」,部分穿過金屬電極損失掉。

到了許秋的水平,他將上述這些整合了起來,想到了一種多層的薄層電極結構。

這種薄層金屬的結構,是先蒸鍍一層薄薄的相對比較緻密的金,比如一納米厚度,然後再往上蒸鍍導電性能更好的銀,比如10-20納米。

這樣的結構,可以產生的預期效果就是:

超薄的金層提供了緻密的成核中心,從而降低銀膜向傳輸層和有效層中的滲透厚度,提高銀膜在低厚度下的均勻性,保證連續銀膜的形成,從而得到兼具高透射率和低電阻的薄層金屬電極。

當然,分析歸分析,具體結果如何,還是得用實踐來證明一切。

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