評論背景

發(fā)光太陽能聚集器/接收器（Luminescent Solar Concentrator/Collector (LSC)）是一種新型的光伏器件，其最初的設計目的是在大規(guī)模的太陽能安裝部署中節(jié)省昂貴的光伏材料。LSC器件在光學和能量轉化的應用中表現(xiàn)出諸多優(yōu)勢，如易于大規(guī)模生產(chǎn)且造價低廉，太陽光波長的可選擇性吸收，高透光率與美觀性等?；谄浣Y構簡單的突出特點，化學，電子工程，材料科學，光學和物理等領域的科研工作者都廣泛地投到入了LSC器件的研發(fā)當中。然而，行業(yè)至今還沒有在LSC性能報道的標準上達成共識，即缺乏一套性能參數(shù)和表征規(guī)范以便于客觀有效地比較來自不同實驗室或機構的LSC器件的性能指標。此外，對于此種新型的光伏器件（LSC-PV），由于理解和認知上的誤區(qū)、表征方法的錯誤和測試環(huán)節(jié)的疏漏，許多性能參數(shù)的報道亦存在嚴重的錯誤，或者與真實值有顯著的偏離。

內(nèi)容提要

有鑒于此，密歇根州立大學（Michigan State University）的Richard R. Lunt教授，與光電轉換研究領域的七十余名專家學者，聯(lián)名在國際頂級期刊Joule上發(fā)表題為：《Consensus Statement: Standardized Reporting of Power-Producing Luminescent Solar Concentrator Performance》的評論文章。該文指出了LSC-PV文獻中的常見錯誤，進而為LSC-PV性能的測試、表征和報道總結出一套可以借鑒的標準規(guī)范。此外，作者在附文中提供了一份詳細清單《Checklist for Power-Producing Luminescent Solar Concentrator Manuscripts》以便LSC領域的研究者、學術期刊編輯以及審稿人員在今后有效地檢查和確認所報道數(shù)據(jù)的準確性，嚴謹性和完備性。

圖文詳解

圖1 各種LSC-PV器件結構設計及光伏性能

熱力學的計算已經(jīng)給出了LSC-PV系統(tǒng)能量轉化率的理論極限，然而LSC-PV的實際表征卻與傳統(tǒng)的太陽能電池器件有微妙的差異，且更具有挑戰(zhàn)性。也正是由于這些情況， LSC-PV的表征存在很多誤區(qū)和粗疏。我們在此強調(diào)一些在LSC-PV文獻中常見的表征錯誤：

1) 很多報道采用了不同的器件受光有效面積（ AActive）來計算系統(tǒng)的能量轉化率。LSC-PV的邊緣附加有太陽能電池條，入射太陽能是由波導板的前表面（ ALSC）所收集，而并非邊緣的太陽能電池條（ AEdge）。而如果誤用 AEdge來計算LSC-PV的 PCE，如果波導板的厚度變薄而前表面面積（ ALSC）維持不變，計算得到的電流密度（ J = I/AEdge）可能會超過熱力學的理論極限，從而導致嚴重被高估的能量轉化率。另外，研究者可以在論文的附文中報道反面照射的測試結果，而在正文的標準的測試中，黑色亞光背景板需要放置在測試的LSC-PV器件的背面,以盡量避免二次反射對其光伏性能的貢獻。

2) 很多文獻經(jīng)常只匯報波導板的光學性能（ ηext），卻缺失 J-V曲線， EQELSC(λ)以及 PCE等關鍵數(shù)據(jù)的報道。外光子效率（ ηext），在有的文獻中也稱作光量子效率（optical quantum efficiency）或光學效率（optical efficiency），通常被定義為到達導板邊緣的光致發(fā)射光子數(shù)與照射波導板前表面的入射光子數(shù)之比。一個普遍存在于文獻中的錯誤是用 ηext = ILSC/(IPV?G) 來計算 ηext，這里 ILSC是當LSC-PV所有邊緣都附加太陽能電池條且相互并聯(lián)狀態(tài)下的短路電流，而 IPV是當這些電池條在直接光照下的短路電流之和。失配因子（spectral mismatch factor）也很少在實際計算中被修正過。假設邊緣太陽能電池的外量子效率光譜（ EQEPV）僅對太陽光光譜中的某一波長范圍有響應，這個計算方法會導致嚴重的高估（因為 ILSC/(IPV?G) 的分母會變小，而實質(zhì)上 ηext是波導板自身的光學性質(zhì)，不應該受邊緣太陽能電池的影響）。

3) 提供相應的外量子效率光譜（ EQE）數(shù)據(jù)是對所有光伏器件性能報道的嚴格要求，而很多文獻卻忽略了對LSC-PV系統(tǒng)外量子效率光譜（ EQELSC(λ)）的報道。用驗證 J-V曲線測試的準確性，對于LSC-PV系統(tǒng)尤其重要，因很多不嚴謹或不規(guī)范的操作都會放大 J-V測試的誤差。所有光伏器件在 J-V測試時入射光強應均調(diào)整為1 sun，從而保證不同報道中的器件性能參數(shù)可以被公平客觀地比較（不同的被測器件/標準參考器件，不同的太陽能模擬器及不同的輸出光譜）。

4) 對于“匯聚”的概念存在理解的誤區(qū)，在沒有多激子產(chǎn)生（multi-exciton generation (MEG)），單線態(tài)裂分（singlet fission (SF)）或量子剪裁（quantum-cutting (QC)）機制時，一個入射光子最多只能在波導板邊緣太陽能電池產(chǎn)生一對電子-空穴對，所以 EQELSC 和 ηext 在任何波長下都應該 ≤ 100%。但用來判斷是否存在匯聚功能的聚光因子（ C）卻沒有上限。

圖2 LSC-PV器件光伏性能表征關鍵操作步驟示意圖

全文總結

本文歸納總結了造成LSC-PV器件表征錯誤的主要原因，這些錯誤不僅使來自不同報道的性能參數(shù)難以比較，也對客觀評估本領域發(fā)展進度造成困難。最近，LSC性能（包括純光學器件和能量轉化器件）的標準表征規(guī)范相繼發(fā)表。圖2概括了LSC-PV關鍵表征的操作步驟。在此基礎上我們總結出一個LSC-PV報道、表征和測量，以及檢驗數(shù)據(jù)準確性、完備性和一致性的詳細規(guī)范清單（詳見本文的附文部分）。這份清單與Cell Press之前發(fā)布的《Standardized Data Reporting for Photovoltaic Cells》目的類似，都旨在為科研論文中光伏器件的性能報道提供標準規(guī)范，以求盡可能降低表征誤差，提高報道數(shù)據(jù)的可靠性，從而促成本領域在未來健康和可持續(xù)地發(fā)展。