井底望天
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九
本来这个太阳能系列，主要的目的是对业外人士，进行科普，希望可以让中国各个省市的经济开发区的头头们看到，把有机太阳能作为一个主要的扶持选项。不过有业内人士出来抗议，说俺写得不清不楚，误导了现在刚入行的小弟弟和小妹妹们，这里就只好对有机太阳能技术，给予更为清晰的介绍。
有机太阳能，现在来讲，主要是从材料上来区分，可以说是两条道路：一条是高分子，一条是小分子。
图一 高分子有机材料
高分子有什么好处呢？就是可以溶解于普通的溶液里。不要小看了这个好处，你生产硅晶体电池和无机薄膜电池，可是要一大套复杂和成本昂贵的生产设备和工艺。而这个高分子溶液，你可以向给你自己的家里油漆房子那样，用涂抹法，用喷射法，或者用滚筒发，就可以生产了。这也是为啥，这个电池的成本可以大幅度降下来的原因。
但是高分子材料的缺点也不小，就是分散度高，不容易提纯，吸光率较低。
不容易合成是因为材料导电的结构比较复杂，这个会增加合成的成本。吸光率比较低，就必须用比较厚的薄膜来采光，而这样又增加了激子和载流子的传输距离，导致光电转化率的降低。可是人家高分子本来就是分散度高，载流子的迁移率偏低，这样就影响的效率。
图2 采取混合异质结构解决效率问题，甲为平面异质结构，乙为混合异质结构
那么如何解决这个问题？那就是将电池做成混合异质结构，将电池的给体和受体混在一起，一方面增加两种材料的接触面积，另一方面缩短激子扩散到界面上所需要穿越的距离。
这个方法是当时在Alan Heeger实验室工作的中国学者俞刚博士首创。现在基本上所有高分子提高效率的研究，都集中在如何将这个结构做得更好和更稳定。
但这个方法也有其问题，就是在强光照射下，和高温下，这个结构的稳定性可能是一个问题。虽然Konarka通过荷兰的测试机构，在65摄氏度的条件下，通过的测试。显然在这方面的技术研发肯定还要下更多的功夫。
而有机材料的天然性质，总是倾向于相同材料的聚集，所以这种混合异质结构，最后就会回到上图甲那样的平面异质结构，从而带来转换率的下降。而当转换率跌到了原先的一半，俺们通常的定义，就是这个电池的寿命到此为止了。
那么这种高分子的电池寿命现在有多长了？根据测试结果，大概是在3-5年之间。现在Konarka在2007年初生产出来的电池，仍然在实际运作。而去年由德国一些大学研发出来的新工艺，有希望将这个寿命增加到5年，甚至以上。
有机电池的另一个需要考虑的问题，就是电池的封装。
因为有机材料的原因，自然接触氧气后，就会氧化，因此封装就是要把电池和空气中的氧气隔开。根据实验证明，对空气进行有效隔绝后，有机太阳能电池的转换率，在几年内没有多大变化。
十
有机太阳能电池的另外一条道路，就是小分子材料。
图三 小分子有机材料
小分子材料的好处，那就是正好和高分子相反。有机小分子容易合成和提纯，因此成本在材料上，比高分子更便宜。
而因为小分子的纯度高，那就是吸光率要更高，其载流子的迁移率要更高。
这就意味什么？那就是不同于高分子材料，你不必去搞什么混合异质结构，采取平面异质结构，就是传统的双层膜就成了。这样你就避免了结构解体这个高分子材料面临的大问题。那么自然小分子电池的寿命就要比高分子长得多了。
因为没有这个缺陷，小分子电池的寿命，就完全决定于你封装材料和工艺水平。以现有的技术，小分子要做到10年的寿命，没有太大问题。如果封装技术提高的话，经过努力，小分子电池的寿命是可以达到20年的。
当然小分子的缺点，也正好和高分子倒了过来。那就是因为小分子的结构过于刚性化，通常是不能溶解于普通溶液。因此小分子电池的制造工艺，是不可能用俺们说到的那些非常便宜的涂抹方法的。
这个技术的工艺方法，就是用真空蒸馏法。因为真空工艺的能耗高，这样生产的成本就会上去了。
那么大家就要举起双手，问一个问题：
“那么俺们可不可用一种方法，既可以用高分子材料的溶解优点，可以在成本比较低的生产设备上生产，又可以有小分子的优点，在转换率和寿命上，比较占优？”
这个问题问得很好。听到这个问题的时候，俺们团队的科学家们已经在捂着嘴巴，偷偷的笑了。
是的。俺们的技术道路，就是这条将高分子和小分子结合为一体的第三个方向。
俺们可以做到的就是，不需要做混合异质结构，只要用传统的双层膜结构，因此可以解决电池寿命短和稳定性差的问题。
俺们还可以做到的就是，不需要高昂的真空过程，用溶液调试，用涂抹，喷射，丝网和滚筒的方式，就可以生产。
俺们更可以做到的还有，可以通过对材料的改进，做到这个材料，对太阳光谱吸收幅度的扩大。同时，还可以增加不同材料，对太阳光谱的不同波段进行吸收，开发出转换率更高的层叠电池。
本来业界的普遍看法是，在2011年，应该可以突破10%的光电转换率。不过随着这两年的不断突破，大家已经同意10%，就是2010年以内的事情。Alan Heeger老兄，拍着胸脯说，俺认为2012年，12%应该会突破。而邓青云老爷子，也对俺们这条路子信心十足，认为首先突破10%的几率最大。
而大家的眼光都是盯在2015年，目标是转换率达到15%，这个就是和无机太阳能电池要在这个时间，争取把成本降低到1美元的生死之战了。
中原初逐鹿，投笔事戎轩。突然想起了唐初名相魏征的这句诗。是值得大干一场的时候了。
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"
多谢。改过来了。记忆不行了，呵呵。