評論背景

發光太陽能聚集器/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模的太陽能安裝部署中節省昂貴的光伏材料。LSC器件在光學和能量轉化的應用中表現出諸多優(you) 勢，如易於(yu) 大規模生產(chan) 且造價(jia) 低廉，太陽光波長的可選擇性吸收，高透光率與(yu) 美觀性等。基於(yu) 其結構簡單的突出特點，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器件的研發當中。然而，行業(ye) 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和表征規範以便於(yu) 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，對於(yu) 此種新型的光伏器件（LSC-PV），由於(yu) 理解和認知上的誤區、表征方法的錯誤和測試環節的疏漏，許多性能參數的報道亦存在嚴(yan) 重的錯誤，或者與(yu) 真實值有顯著的偏離。

內(nei) 容提要

有鑒於(yu) 此，密歇根州立大學（Michigan State University）的Richard R. Lunt教授，與(yu) 光電轉換研究領域的七十餘(yu) 名專(zhuan) 家學者，聯名在國際頂級期刊Joule上發表題為(wei) ：《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(wei) 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範。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後有效地檢查和確認所報道數據的準確性，嚴(yan) 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

熱力學的計算已經給出了LSC-PV係統能量轉化率的理論極限，然而LSC-PV的實際表征卻與(yu) 傳(chuan) 統的太陽能電池器件有微妙的差異，且更具有挑戰性。也正是由於(yu) 這些情況， LSC-PV的表征存在很多誤區和粗疏。我們(men) 在此強調一些在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麵積（ AActive）來計算係統的能量轉化率。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麵（ ALSC）所收集，而並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麵麵積（ ALSC）維持不變，計算得到的電流密度（ J = I/AEdge）可能會(hui) 超過熱力學的理論極限，從(cong) 而導致嚴(yan) 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麵照射的測試結果，而在正文的標準的測試中，黑色亞(ya) 光背景板需要放置在測試的LSC-PV器件的背麵,以盡量避免二次反射對其光伏性能的貢獻。

2) 很多文獻經常隻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(guan) 鍵數據的報道。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(yi) 為(wei) 到達導板邊緣的光致發射光子數與(yu) 照射波導板前表麵的入射光子數之比。一個(ge) 普遍存在於(yu) 文獻中的錯誤是用 ηext = ILSC/(IPV∙G) 來計算 ηext，這裏 ILSC是當LSC-PV所有邊緣都附加太陽能電池條且相互並聯狀態下的短路電流，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(jin) 對太陽光光譜中的某一波長範圍有響應，這個(ge) 計算方法會(hui) 導致嚴(yan) 重的高估（因為(wei) ILSC/(IPV∙G) 的分母會(hui) 變小，而實質上 ηext是波導板自身的光學性質，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）數據是對所有光伏器件性能報道的嚴(yan) 格要求，而很多文獻卻忽略了對LSC-PV係統外量子效率光譜（ EQELSC(λ)）的報道。用驗證 J-V曲線測試的準確性，對於(yu) LSC-PV係統尤其重要，因很多不嚴(yan) 謹或不規範的操作都會(hui) 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整為(wei) 1 sun，從(cong) 而保證不同報道中的器件性能參數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) 對於(yu) “匯聚”的概念存在理解的誤區，在沒有多激子產(chan) 生（multi-exciton generation (MEG)），單線態裂分（singlet fission (SF)）或量子剪裁（quantum-cutting (QC)）機製時，一個(ge) 入射光子最多隻能在波導板邊緣太陽能電池產(chan) 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(guan) 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(jin) 使來自不同報道的性能參數難以比較，也對客觀評估本領域發展進度造成困難。最近，LSC性能（包括純光學器件和能量轉化器件）的標準表征規範相繼發表。圖2概括了LSC-PV關(guan) 鍵表征的操作步驟。在此基礎上我們(men) 總結出一個(ge) LSC-PV報道、表征和測量，以及檢驗數據準確性、完備性和一致性的詳細規範清單（詳見本文的附文部分）。這份清單與(yu) Cell Press之前發布的《Standardized Data Reporting for Photovoltaic Cells》目的類似，都旨在為(wei) 科研論文中光伏器件的性能報道提供標準規範，以求盡可能降低表征誤差，提高報道數據的可靠性，從(cong) 而促成本領域在未來健康和可持續地發展。