井底望天
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九
本來這個太陽能係列，主要的目的是對業外人士，進行科普，希望可以讓中國各個省市的經濟開發區的頭頭們看到，把有機太陽能作為一個主要的扶持選項。不過有業內人士出來抗議，說俺寫得不清不楚，誤導了現在剛入行的小弟弟和小妹妹們，這裏就隻好對有機太陽能技術，給予更為清晰的介紹。
有機太陽能，現在來講，主要是從材料上來區分，可以說是兩條道路：一條是高分子，一條是小分子。
圖一 高分子有機材料
高分子有什麽好處呢？就是可以溶解於普通的溶液裏。不要小看了這個好處，你生產矽晶體電池和無機薄膜電池，可是要一大套複雜和成本昂貴的生產設備和工藝。而這個高分子溶液，你可以向給你自己的家裏油漆房子那樣，用塗抹法，用噴射法，或者用滾筒發，就可以生產了。這也是為啥，這個電池的成本可以大幅度降下來的原因。
但是高分子材料的缺點也不小，就是分散度高，不容易提純，吸光率較低。
不容易合成是因為材料導電的結構比較複雜，這個會增加合成的成本。吸光率比較低，就必須用比較厚的薄膜來采光，而這樣又增加了激子和載流子的傳輸距離，導致光電轉化率的降低。可是人家高分子本來就是分散度高，載流子的遷移率偏低，這樣就影響的效率。
圖2 采取混合異質結構解決效率問題，甲為平麵異質結構，乙為混合異質結構
那麽如何解決這個問題？那就是將電池做成混合異質結構，將電池的給體和受體混在一起，一方麵增加兩種材料的接觸麵積，另一方麵縮短激子擴散到界麵上所需要穿越的距離。
這個方法是當時在Alan Heeger實驗室工作的中國學者俞剛博士首創。現在基本上所有高分子提高效率的研究，都集中在如何將這個結構做得更好和更穩定。
但這個方法也有其問題，就是在強光照射下，和高溫下，這個結構的穩定性可能是一個問題。雖然Konarka通過荷蘭的測試機構，在65攝氏度的條件下，通過的測試。顯然在這方麵的技術研發肯定還要下更多的功夫。
而有機材料的天然性質，總是傾向於相同材料的聚集，所以這種混合異質結構，最後就會回到上圖甲那樣的平麵異質結構，從而帶來轉換率的下降。而當轉換率跌到了原先的一半，俺們通常的定義，就是這個電池的壽命到此為止了。
那麽這種高分子的電池壽命現在有多長了？根據測試結果，大概是在3-5年之間。現在Konarka在2007年初生產出來的電池，仍然在實際運作。而去年由德國一些大學研發出來的新工藝，有希望將這個壽命增加到5年，甚至以上。
有機電池的另一個需要考慮的問題，就是電池的封裝。
因為有機材料的原因，自然接觸氧氣後，就會氧化，因此封裝就是要把電池和空氣中的氧氣隔開。根據實驗證明，對空氣進行有效隔絕後，有機太陽能電池的轉換率，在幾年內沒有多大變化。
十
有機太陽能電池的另外一條道路，就是小分子材料。
圖三 小分子有機材料
小分子材料的好處，那就是正好和高分子相反。有機小分子容易合成和提純，因此成本在材料上，比高分子更便宜。
而因為小分子的純度高，那就是吸光率要更高，其載流子的遷移率要更高。
這就意味什麽？那就是不同於高分子材料，你不必去搞什麽混合異質結構，采取平麵異質結構，就是傳統的雙層膜就成了。這樣你就避免了結構解體這個高分子材料麵臨的大問題。那麽自然小分子電池的壽命就要比高分子長得多了。
因為沒有這個缺陷，小分子電池的壽命，就完全決定於你封裝材料和工藝水平。以現有的技術，小分子要做到10年的壽命，沒有太大問題。如果封裝技術提高的話，經過努力，小分子電池的壽命是可以達到20年的。
當然小分子的缺點，也正好和高分子倒了過來。那就是因為小分子的結構過於剛性化，通常是不能溶解於普通溶液。因此小分子電池的製造工藝，是不可能用俺們說到的那些非常便宜的塗抹方法的。
這個技術的工藝方法，就是用真空蒸餾法。因為真空工藝的能耗高，這樣生產的成本就會上去了。
那麽大家就要舉起雙手，問一個問題：
“那麽俺們可不可用一種方法，既可以用高分子材料的溶解優點，可以在成本比較低的生產設備上生產，又可以有小分子的優點，在轉換率和壽命上，比較占優？”
這個問題問得很好。聽到這個問題的時候，俺們團隊的科學家們已經在捂著嘴巴，偷偷的笑了。
是的。俺們的技術道路，就是這條將高分子和小分子結合為一體的第三個方向。
俺們可以做到的就是，不需要做混合異質結構，隻要用傳統的雙層膜結構，因此可以解決電池壽命短和穩定性差的問題。
俺們還可以做到的就是，不需要高昂的真空過程，用溶液調試，用塗抹，噴射，絲網和滾筒的方式，就可以生產。
俺們更可以做到的還有，可以通過對材料的改進，做到這個材料，對太陽光譜吸收幅度的擴大。同時，還可以增加不同材料，對太陽光譜的不同波段進行吸收，開發出轉換率更高的層疊電池。
本來業界的普遍看法是，在2011年，應該可以突破10%的光電轉換率。不過隨著這兩年的不斷突破，大家已經同意10%，就是2010年以內的事情。Alan Heeger老兄，拍著胸脯說，俺認為2012年，12%應該會突破。而鄧青雲老爺子，也對俺們這條路子信心十足，認為首先突破10%的幾率最大。
而大家的眼光都是盯在2015年，目標是轉換率達到15%，這個就是和無機太陽能電池要在這個時間，爭取把成本降低到1美元的生死之戰了。
中原初逐鹿，投筆事戎軒。突然想起了唐初名相魏征的這句詩。是值得大幹一場的時候了。
You may "know" how R&D works, but without the strategic thinking to direct the new technology development focus, your "R&D" will never get enough attention and funding, so it NEVER be materialized, let alone being commercialized. One may not leap far, but he at least need to see far. If he always excuses himself and only set his eyesight in short distance, he can never leap far at all.
today organic solar cell is very good selling point
to get goverment funding, but far from realization.
I can see you are very strategic oriented, but this is
exactly the problem of most chinese policy maker,
you have no idea of how R&D works.
the reality is in china, industry technology is way behind,
this BC determines you can not have any "big leap jump"
多謝。改過來了。記憶不行了，嗬嗬。