再往上提一提,效率最好能做到5%以上,这样可以试着冲击一下AM或者JACS。”
许秋“嗯”了一声,表面点头回应,内心则默默吐槽着,‘PCE10体系破5%的难度可不小,但PTAZ体系现在都已经突破5%,达到5.48%了,甚至有机会破6%,打破现阶段A-D-A体系的世界纪录。’
不过,他也能理解魏老师的想法。
对魏老师来说,PTAZ是一个陌生的体系,虽说它和IDT-ICIN光吸收互补,理论上光电性能上限更高一些,但实际上是怎么样的,只有等到光伏器件制备出来、测试完毕才知道,而PCE10体系则是已经被验证过性能的体系。
毕竟,有效层的光吸收性能,并不是影响器件光电性能的唯一因素,只是相较于能级结构、共混形貌、电荷输运这些比较“虚”,比较微观的概念,光吸收性能比较“实”,比较直观,直接测试材料的光吸收光谱就能够得到。
实际上,光吸收性能主要决定了器件光电转换效率的上限,根据肖克利·奎伊瑟效率极限理论,无机体系的单结太阳能电池,当光电材料的禁带宽度大约为1.2-1.4电子伏特时,光电转换效率最高,上限大约为33%,此时,电池器件可以吸收波长小于1000纳米的光,覆盖了大半的太阳光谱。
而有机光电材料由于激子吸收的特性,材料的光吸收性能随光波长的变化曲线为峰状曲线,存在主要光吸收范围。
比如,禁带宽度约1.6电子伏特的有机聚合物给体PCE10材料,主要光吸收范围大约是550-750纳米,对小于550纳米的光,吸收能力就比较弱,也因此它是偏蓝紫色的。
再比如,非富勒烯受体PDI材料,禁带宽度约2.1电子伏特,主要光吸收范围大约是400-600纳米,几乎不吸收红橙光,所以就是红橙色的。
在不考虑其他因素时,对于1.6电子伏特的光电材料,假如是无机材料,主要光吸收范围为小于750纳米,效率理论极限为30%左右;
假如是有机材料,如果是光吸收互补的体系,比如主要光吸收范围在300-750纳米,效率上限可能轻微下降,保持在28%左右;
但如果光吸收不互补,主要光吸收范围在500-750纳米的话,效率的上限还会进一步下降到25%。
当然,这里的28%、25%只是举例,套用不同的理论模型,计算出来的结果也不同。