太阳能电池研究追求高效率的漏洞!?

追求"高转换效率"压力之下,导致有机太阳能电池的研究结果出现普遍性的谬误!

本文摘自:Solar cell woes 
NATURE PHOTONICS | VOL 8 | SEPTEMBER 2014 |  https://rdcu.be/7MXy  


能量转换效率 (Power conversion efficiency, PEC)是评价太阳能电池性能的关键指针,一旦误报转换效率,将对有机光伏领域产生严重性的影响。
近期德国康丝坦大学(University of Konstanz in Germany)研究人员Lukas Schmidt-Mende及其同事,在Nature Photonics Commentary发表一篇评论(第669页),文内描述如何分析20112012年期间,发表在13种期刊的375篇,关于有机-无机混和型太阳能电池的论文。该团队将这些论文所提出的太阳能电池短路电流数据(Jsc)与预期外部量子效率(External Quantum Efficiency, EQE)进行比较,结果发现,大约三分之一 (37%)的论文,JscEQE数值存在显著的差异(>20%),甚至,有些两者数值的差异超过百分之百。此惊人的发现,带来了不少对这些论文所使用的测量技术和发布的效率数值之可信度产生严重的怀疑。此外,令人忧心的是,这些有待验证的数据已被其他学者大量引用,造成这些错误标准将永久存在的风险,进而影响整体有机光伏领域的可信度。

虽然这篇报导并不是第一个对有机太阳能电池可信度提出质疑的报导,但再度指出有机太阳能电池研究可信度的问题,已成为该领域的通病。
2012年,牛津大学Henry SnaithNature Photonics发表一篇评论,说明了当检测有机太阳能电池时,未完全遮蔽以及使用非标准化照明的问题,将如何的产生错误数据的情况描述出来。然而,近期研究发现,钙钛矿太阳能电池的迟滞现象(hysteresis issues),亦即在电流电压测量过程中,正向(从负电压到正电压)和反向(从正电压到负电压)扫描的电流密度-电压曲线,出现不完全重和的现象,这不仅影响了测试的准确性,也降低了钙钛矿太阳能电池的实际性能。
由于近年无机-有机混合型材料应用的快速发展,引起产业界不少关注,也成为Nature Materials 20149月份报导的焦点,引发人们开始关注论文所发表的数据之准确度和可信度的重要性(Nature Mater. 13, 837; 2014)。此外,如何正确地检测纳米结构太阳能电池的议题,也在Nature Nanotechnology中被提出讨论(Nature Nanotech.9,657; 2014)

那么该怎么解决上述的问题呢?幸好,可以藉由一些简单的审查步骤,就能有效地剔除那些待验证的论文数据。目前,已有部分团队陆续发布有关检测有机太阳能电池的操作指南,教导如何避免检测时常犯的错误。如同Lukas Schmidt-Mende and co-workers在文章内提到,太阳能电池论文的作者,必须要对自己的研究发表与应用性提出详尽的检测方法,以及所有实验操作细节;对读者而言,不仅是能展现研究的信息透明,也有助于论文的再现性。
除此之外,检测太阳能电池时,所选用的maskmask尺寸、照明光源、测量的电池数量等等,都是需要一同随论文发布。为督促研究论文的可信度,Nature Photonics也要求作者在发表转换效率数据之前,必须将这些项目列入检核事项中,并确认这些数据的正确性;同时,也会督促审稿者提出任何疑虑,让研究者与审稿者双方进行严谨地的审核。

此外,在有机太阳能电池领域中,被业界认可的高转换效率的研究数据,准确度、可信度是绝对关键!因此,我们要求研究者必须提供经由第三方实验室所认可的报告,例如美国National Renewable Energy Laboratory (NREL)、日本National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)、德国Fraunhofer Institute for Solar Energy SystemsNewport等。藉由第三方认证的测量报告,不仅提高研究结果的可信度,亦可能帮助研究者的研界成果被列入国际标准认证的指标。

然而,Nature Photonic藉由此篇文章特别说明,Nature Photonics并非仅着重在高效率转换的指标上,虽然光电效率转换的数值,确实代表了太阳能电池领域的重要的进展,但也欢迎大家提出对于光电物理、生物细胞应用领域的新见解。


小编总结: 

危机也是转机,藉由本篇文章使论文作者、读者和审查员等多方人员,对于"高转换效率"在太阳能电池领域的重要性、可信度和准确度,能用严谨专业的审查步骤进行检视,一方面能时时刻刻提醒研究者须对研究数据之准确性负责,另一方面则可重新建立民众对研究者、审查者以及科学期刊的信任!

2018-09-26