Network analysis of the performance of organic photovoltaic cells: The open circuit voltage and the zero current efficiency
光电池中的光伏能量转换已经通过细致平衡方法或通过热力学参数来分析。在这里，我们引入了一个网络表示，一旦一个合适的动力学模型（表示在不同的系统状态的空间中的主方程）已被构建，这样的系统的性能进行分析。这种网络表示允许将稳态动态分解成循环，其特征在于它们的循环亲和力。在零亲和力极限下获得装置的最大可实现效率。这种方法被应用到分析的微观模型的本体异质结有机太阳能电池，其中包括基本的光学和界面的电子过程，该系统的特点，导致在这样的系统中的理论效率极限的明确表达。特别是，从卡诺效率与激子结合能的偏差进行了量化。
2014-05-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
A Hybrid Density Functional Study of Oligothiophene/ZnO Interface for Photovoltaics
有机/无机供体-受体界面在有机光伏应用中越来越受到关注，因为界面的每个组分提供独特的属性。在这里，我们使用混合密度泛函理论研究六噻吩/ZnO界面的电子结构。我们发现，界面分子取向强烈影响的吸附能，能级排列，和开路电压。我们属性的取向依赖性的不同强度的分子和基板之间的电子耦合。我们的研究表明，可以通过控制分子取向的界面设计来优化光伏性能。
2011-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Bulk photovoltaic effect in BaTiO$_3$-based ferroelectric oxides: An experimental and theoretical study
非中心对称系统所表现出的体光伏效应由于所观察到的大的开路电压而获得了研究兴趣。表现出反常光伏效应的铁电体系多为多相共存的结晶体系。因此，在建立一个多相系统的计算困难限制了详细的光伏研究，通过唯象和转移电流理论。在这项工作中，铁电体Ba $_{1- x}$（Bi $_{0.5}$ K $_{0.5}$）$_x$ TiO $_3$（BBKT）氧化物被设计成具有改善的极化特性的单相四元对称结晶，并且发现它表现出大的PV响应。BBKT样品的实验和理论研究表明，与母体BaTiO $_3$相比，带隙降低了约18%。短路电流作为光强度和光偏振角的函数测量揭示线性和正弦响应，分别。观察到的特征符合唯象理论。值得注意的是，x = 0.125样品显示出比母体化合物高约8倍的开路电压（7.39 V）。从O-2 p轨道占据的价带和Bi-6p轨道占据的导带的额外电荷中心移动可以看出，增强的PV效应归因于沿z方向的大位移电流.值得注意的是，在BBKT中的导带最小值处的简并Bi-p $_z$状态有利于z方向上的大移位电流响应。
2021-04-07 cond-mat.mtrl-sci
How much physics is in a current-voltage curve? Inferring defect properties from photovoltaic device measurements
缺陷辅助复合过程是理解的关键，因为它们经常限制光伏（PV）器件的性能。然而，控制这些过程的物理参数可能非常难以测量，需要专门的技术和样品制备。然而，它们限制通过电流-电压（JV）特性测量的性能的事实表明，它们必须在该测量中具有一些可检测的信号。在这项工作中，我们使用数值设备模型，明确占这些参数与高通量JV测量和贝叶斯推断构建概率分布的重组参数，显示恢复值与以前报道的文献测量一致的能力。贝叶斯方法可以很容易地将来自其他来源的数据和模型，我们证明了这与温度依赖性的载流子捕获截面。从标准化，自动化测量完成的设备中提取这些基本物理参数的能力对于已建立的工业光伏技术和新的研究阶段的技术都是有希望的。
2019-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.data-an
Quantitative theory of the grain boundary impact on the open-circuit voltage of polycrystalline solar cells
薄膜多晶光致发光是一种成熟的商业相关技术。然而，关于晶界在这些材料性能中的作用以及这些缺陷可能限制进一步进展的程度的基本问题仍然存在。在这项工作中，我们首先扩展以前的分析柱状晶界开发一个模型的“倾斜”晶界的复合电流。然后，我们考虑系统与多个，相交的晶界和数值确定的参数空间，我们的分析模型准确地描述了复合电流。我们发现，对于与薄膜光电性能相关的材料参数，我们的模型可以应用于计算具有非均匀晶界网络的材料的开路电压。该模型弥补了纳米级表征观察到的晶界特性分布与其对宏观器件开路电压的影响之间的差距。
2019-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Polarity control of carrier injection at ferroelectric/metal interfaces for electrically switchable diode and photovoltaic effects
研究了Pt/BiFeO3/SrRuO3薄膜电容器的开关铁电二极管效应及其物理机制。我们的电测量结果支持，附近的Pt/BiFeO3界面生长的样品，有缺陷的层（可能是一个富氧空位层）成为形成和干扰载流子注入。因此，我们使用了一个电气培训过程，以获得铁电控制的二极管极性，通过改变极化方向，使用外部偏置，我们可以切换正向和反向二极管之间的传输特性。我们的系统的特点是与一个矩形的极化磁滞回线，我们证实了二极管的极性切换发生在铁电矫顽电压。此外，我们观察到的二极管的极性和相关的光伏响应依赖于铁电畴配置的同时切换。我们的详细研究表明，极化电荷可以影响铁电/金属界面处的肖特基势垒，导致界面载流子注入的调制。极化调制载流子注入的量可以影响空间电荷限制的体电流-电压（J-V）行为从欧姆（即，J~V）到非线性（即，J~V ^n，其中n为\geq 2）。体导电和极化调制载流子注入的这种组合解释了铁电电容器中可开关二极管效应的详细物理机制。
2011-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Device-scale modeling of valley photovoltaics
针对谷光伏器件效率偏低问题，本文建立首个含电场依赖谷散射率的 Poisson/漂移-扩散器件模型，并指出非平衡卫星谷布居不足以致高效、增强内建电场也不能提升效率。
2025-07-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Solar energy conversion properties and defect physics of ZnSiP$_2$
在硅上实现光学活性物质一直是一个持续的技术挑战。对于使用Si底部电池的串联光电子器件以及对于其他光电子应用，长期以来一直需要可以与Si集成的光学活性宽带隙材料。ZnSiP $_2$是一种稳定的宽带隙（2.1 eV）材料，其与硅晶格匹配并由廉价元素组成。正如我们在本文中所展示的，它也是一种缺陷容忍材料。在这里，我们报告的第一个ZnSiP $_2$光伏器件。我们表明，ZnSiP $_2$具有良好的光响应和高开路电压为1.3 V，在光电化学配置中测量。高电压和低带隙电压偏移与更成熟的宽带隙III-V族材料相当。光致发光数据与理论缺陷计算相结合，阐明了这种高电压下的缺陷物理，表明ZnSiP $_2$中的本征缺陷是浅的，少数载流子寿命为7 ns。这些有利的结果促进了ZnSiP $_2$和相关材料作为光伏吸收材料的发展。
2015-12-29 cond-mat.mtrl-sci
Visualising the Vertical Energetic Landscape in Organic Photovoltaics
有机电子器件中的能级图在器件性能和器件物理解释中起着至关重要的作用。在有机太阳能电池的情况下，使用在各个共混物组分上测量的能量值来估计供体：受体共混物的光伏间隙已经成为常规，导致与器件的相应开路电压的一致性差。为了解决这个问题，我们开发了一种方法，允许直接可视化的垂直充满活力的景观的混合，通过结合紫外光电子能谱和氩原子簇蚀刻。我们调查模型和高性能的光伏系统，并证明由此产生的光伏间隙与测量的CT能量和开路电压密切一致。此外，我们表明，这种方法使我们能够研究环境退化后的充满活力的景观的演变，理解退化机制和缓解策略的发展至关重要。
2020-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Voltage modulated electro-luminescence spectroscopy and negative capacitance - the role of sub-bandgap states in light emitting devices
研究了电致发光二极管的电压调制电致发光光谱和低频（{ \leq } 100 kHz）阻抗特性。电压调制的光发射跟踪对于每个调制频率在正向偏压水平下观察到的负电容的开始。子带隙缺陷态的积极参与少数载流子复合动力学试图解释的结果。负电容被理解为必要的介电响应，以补偿由于缓慢响应的子带隙缺陷介导的辐射复合而引起的少数载流子库中的任何不可逆瞬态变化。实验测得的调制电致发光光谱与正向偏压水平和调制频率的同相分量的变化支持这些状态在辐射复合过程中的动态影响。电压调制电致发光信号的同相分量的主要负号进一步证实了光发射的双分子性质。我们还讨论了这些状态如何实际影响少数载流子的净密度可用于辐射复合。结果表明，这些亚带隙态可以抑制这种器件在光通信中常用的高频操作下的外量子效率。
2011-08-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Photovoltaic performance of n-type SnS active layer in ITO/PEDOT:PSS/SnS/Al structure
本文讨论了热蒸发法制备的ITO/PEDOT：PSS/SnS/Al结构太阳电池中，硫化锡颗粒大小对电池性能的影响。通过控制SnS薄膜的厚度，使晶粒尺寸保持在11-18 nm之间。虽然开路电压（Voc）被发现对于这种结构是恒定的，但是发现诸如短路电流密度（Jsc）、串联电阻（Rs）、并联电阻（Rp）、理想因子和总效率的参数依赖于SnS晶粒尺寸和入射光强度。实验工作直接再次证实了早期研究者在文献中提出的理论结果和想法。
2014-05-23 cond-mat.mtrl-sci
On the energy conversion efficiency of the bulk photovoltaic effect
体光伏效应（BPVE）导致体材料中的定向光电流和光电压。与受载流子复合限制到低于吸收材料的带隙能量的值的pn结太阳能电池中的光电压不同，BPVE光电压已被示出大大超过带隙能量。因此，BPVE不受单结太阳能电池中太阳光到电转换的肖克利-奎塞尔极限的限制，并且已经做出了超过该极限的效率的实验声明。在这里，我们表明，BPVE的能量转换效率，在实践中，数量级低于单结太阳能电池的肖克利-奎瑟限制，并受到不同的，更严格的限制。BPVE这个名称代表两种不同的基本效应，即移位电流和注入电流。在这两种情况下，产生电能所需的电压偏置加速了本征和光生载流子。我们讨论了如何从根本上节约能源单独限制BPVE的带隙依赖的值，超过肖克利Queisser限制只有非常小的带隙。然而，小带隙材料具有大量的本征载流子，导致抑制光电压的高电导率。我们进一步讨论如何稍微更严格的基本限制注入（弹道）电流可能来自高电阻率之间的权衡，需要一个高电压，和长的弹道输运长度，需要一个高电流。我们还解释了如何错误的实验和理论索赔的高效率已经出现。最后，我们计算了一种示例性2D材料的能量转换效率，该材料已被建议作为基于高效BPVE的太阳能电池的候选材料，并表明该效率与已知3D材料的效率非常相似。
2023-02-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Enhanced photovoltaic effect in graphene-silicon Schottky junction under mechanical manipulation
石墨烯-硅肖特基结（GSJ）具有大规模制造和集成的潜力，为肖特基太阳能电池的光伏功率转换带来了新的机遇。然而，这些器件的基本功率转换限制在于小的开路电压（$V_{oc}$），这取决于肖特基势垒高度（SBH）。在这项研究中，我们介绍了一种机电方法的基础上挠曲电效应，以提高光伏效率在GSJ。利用原子力显微镜针尖压入和原位电流测量，获得了弯曲电应变梯度下的电流-电压（I-V）响应。观察到$V_{oc}$增加高达20 $\%$，导致功率转换效率的明显改善。我们的研究表明，应变梯度可能会提供前所未有的机会，GSJ为基础的柔性光伏应用的发展。
2023-01-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effects of Temperature and Near Ultraviolet Light on Current-Voltage Characteristics of Colemanite
研究了铁电材料硬硼钙石在室温、高温以及近紫外光照射下的电流-电压特性。我们证明，所有三个I-V曲线表现出滞后效应，这些新的结果揭示了新的光的电阻硬硼钙石。这些新的性能解释的基础上，它的微观结构表明在设备中的潜在应用负电阻以及在光伏器件。
2017-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Effect of electrode geometry on photovoltaic performance of polymer solar cells
本文研究了电极几何形状对聚合物太阳能电池（PSC）性能的影响。对于具有相同面积（0.09 cm 2）但不同形状（圆形、椭圆形、正方形和三角形）的四种类型的负极，就PSC的短路电流密度、开路电压、填充因子和功率转换效率进行评价。结果表明，圆形电极的器件具有最好的光伏性能;相比之下，三角形电极的器件显示出最差的性能。与三角形电极相比，圆形电极的PCE最大增加了近两倍。因此，电极边界曲率对PSC的性能有很大的影响。较大的曲率，即较尖锐的电极边缘，可能是PSC系统中激子分离和载流子输运的负效应。
2013-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Impact of $Al_2O_3$ Passivation on the Photovoltaic Performance of Vertical $WSe_2$ Schottky Junction Solar Cells
过渡金属二硫属化物（TMD）材料由于其在可见光波长范围内的宽带隙范围、高吸收系数以及易于与任意衬底以及常规半导体技术集成而成为薄膜太阳能电池的有希望的候选者。然而，由于未优化的设计和器件制造，所报道的基于TMD的太阳能电池遭受相对低的外量子效率（EQE）和低开路电压。本文研究了不同厚度的$WSe_2$垂直肖特基结太阳电池的吸收层厚度，并通过$Al_2O_3$钝化处理提高了电池的光伏性能，在410 nm波长入射光下，EQE提高了29.5%。通过减反射膜、表面掺杂和表面陷阱钝化效应，整体产生的短路电流得到改善。得益于${Al_2O_3}$涂层，该工作演示了具有380 mV的开路电压（$V_{OC}$）和10.7 $mA/cm^2$的短路电流密度（$J_{SC}$）的器件。最后，肖特基势垒高度的不均匀性在$Pt/WSe_2$接触的影响进行了研究，作为在这些设备中的开路电压降低的来源
2020-06-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Local oxidation of Ga[Al]As heterostructures with modulated tip-sample voltages
基于局部氧化与扫描力显微镜的纳米光刻已经进行了未掺杂的GaAs晶片和Ga[Al]As异质结构与未掺杂的GaAs帽层和浅的二维电子气。氧化物的生长和由此产生的图案化结构的电子性质进行比较恒定和调制的电压施加到扫描力显微镜的导电尖端。所有的光刻已经在非接触模式下进行。调制所施加的电压提高了氧化物线的纵横比，这显著地增强了GaAs上的线的绝缘特性。此外，氧化过程被发现是更可靠和可重复的。使用这种技术，量子点接触和量子线已被定义和电子稳定性，限制电位和电调谐性被证明是类似的氧化与恒定电压。
2006-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrostrictive and electrostatic responses in contact mode voltage modulated Scanning Probe Microscopies
固体的机电响应支撑了几种扫描探针显微镜技术的成像机制，包括压电响应力显微镜（PFM）和电化学应变显微镜（ESM）。虽然线性压电和离子响应的理论是发达的，二次效应，包括电致伸缩和电容尖端表面力的测量信号的贡献仍然知之甚少。在这里，我们分析了电致伸缩和电容的贡献PFM和ESM信号，并讨论了这些相互作用的介电尖端表面间隙的影响。
2014-03-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optically Modulated Conduction in Chromophore-Functionalized Single-Wall Carbon Nanotubes
我们展示了一种光学活性纳米管杂化材料，通过功能化单壁纳米管与偶氮基生色团。在UV照射下，共轭发色团经历顺-反异构化，导致纳米管附近的电荷重新分布。这种电荷重新分布改变了局部静电环境，使阈值电压偏移并增加了纳米管晶体管的导电性。对于~1-2%的覆盖率，我们测量到高达1.2 V的阈值电压的偏移。此外，电导变化在长时间内是可逆的和可重复的，这表明发色团官能化的纳米管对于集成的纳米光电探测器是有用的。
2007-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic Properties of ZnO Nanoparticle Based Solid Polymeric Photoelectrochemical Cells
在这项工作中，我们报告的ZnO基固体聚合物光电化学（PEC）电池的光学和光伏性能。在该器件结构中，ZnO纳米颗粒（NP）膜被夹在ITO和LiClO 4-PEO固体电解质之间。ZnO NP被用作光阳极，电解质LiClO 4被溶解在聚氧化乙烯的固溶体中，这使得该设备重量轻且便携。电荷转移是由Li+和ClO 4-离子进行的，它们在传统的染料敏化太阳能电池（DSSC）中起到氧化还原对的作用。短路电流（JSC）在ZnO/ITO界面被穿过透明ITO玻璃基板的UV光（350 +/- 15 nm）照射时显示出最大值。在15 mW/cm 2的白光下，器件的JSC和开路电压（VOC）分别为7 microA/cm 2和0.24 V。
2010-07-31 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the optoelectronic properties and photovoltaic absorber layer efficiency of Cu-based chalcogenides
铜基硫族化合物是薄膜太阳能电池的有前途的材料，测量的电池效率超过20%。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，研究了一组铜基硫族化合物Cu $_2$ -II-IV-VI $_4$的光电性质.然后筛选它们，目的是确定用于光伏应用的潜在吸收剂材料。由Yu和Zunger引入的光谱极限最大效率（SLME）被用作筛选的度量。在构建电流-电压曲线之后，从最大功率输出计算最大光谱相关功率转换效率。的性质的带隙的作用，直接或间接的，也研究材料的吸收率上的最大理论功率转换效率进行了研究。我们的结果表明，Cu $_2$ -II-GeSe $_4$与II=Cd和Hg，和Cu $_2$ -II-SnS $_4$与II=Cd和Zn相比，目前用作吸收层的材料具有更高的理论效率。
2016-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Novel Photovoltaic Phenomenon in Manganite/ZnO Heterostructure
本文报道了用脉冲激光沉积（PLD）技术在ITO玻璃衬底上生长的低成本锰氧化物/ZnO p-n异质结中的一种新的光伏现象。异质结构ITO/La0.62Ca0.29K0.09MnO3（LCKMO）/ZnO/Al具有可重复的整流特性，由四部分组成：铝上电极、ITO下电极、亚锰氧化物和ZnO半导体薄膜。此外，在连续激光（λ= 325 nm）照射下，可以产生光电流。在这篇文章中，我们研究了锰氧化物和ZnO薄膜厚度对室温下异质结构的电学和光电特性的影响。不仅当LCKMO和ZnO层足够薄时，而且当全空间电荷层足够时，可以实现最大的功率转换效率（PCE）。当LCKMO和ZnO层的厚度分别为25 nm和150 nm时，PCE达到最大值（0.0145%）。在此条件下，开路电压为0.04 V，这可以归因于内部光电发射。
2012-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Accelerated development of CuSbS2 thin film photovoltaic device prototypes
替代薄膜光伏技术的发展是一个重要的研究课题，由于低成本，高效率的太阳能电池的大规模制造的潜力。尽管有大量有前途的替代吸收体和相应的接触，但进展速度受到太阳能电池制造过程中出现的复杂性的限制。一个潜在的解决方案，这个问题是高通量的组合方法，已被广泛用于研究和开发的个人吸收和接触材料。在这里，我们展示了一种加速的方法来开发的薄膜光伏器件原型的基础上的新型CuSbS 2吸收剂，使用的设备架构采用CuInxGa（1-x）Se 2（CIGS）。新开发的三阶段，自我调节的CuSbS 2生长过程，使光伏器件的性能趋势的研究作为相纯度，晶体取向，吸收层厚度的函数，和众多的背接触。这种探索导致初始CuSbS 2器件原型具有约1%的转换效率;目前受限于由于光激发电子的收集不良而导致的低短路电流，以及由于CuSbS 2/CdS界面处的悬崖型导带偏移而导致的小开路电压（由第一性原理计算建议）。总之，这些结果说明了组合方法的潜力，以加速薄膜光伏器件与新型吸收剂的发展。
2015-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Heterojunction organic photovoltaic cells as molecular heat engines: A simple model for the performance analysis
有机异质结太阳能电池的分析在一个极小模型，其中包括这种系统的基本物理特征。该模型的动力学性质，使用主方程的方法计算，占此类系统的定性行为。该模型产生明确的电流-电压行为的结果，以及在热力学效率以及在最大功率下的功率转换效率方面表示的性能特性，使其能够评估该设备模型的最佳设置。
2011-11-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic Possibility of Cu2SiSe3 and Cu2SnS3 Ternary Chalcogenides- Single Junction to Tandem Architecture
Indian Institute of Technology Jodhpur（印度焦浦理工学院）
研究通过漂移扩散模型评估了Cu₂SiSe₃和Cu₂SnS₃二元硫化物作为光伏吸收层的可行性，发现叠层结构效率达24.1%，优于单结器件。
2026-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Conduction mechanism and switchable photovoltaic effect in (111) oriented BiFe$_{0.95}$Mn$_{0.05}$O$_{3}$ thin film
用脉冲激光沉积法在（111）取向的SrTiO_3衬底上外延生长了200 nm BiFe $_{0.95}$ Mn $_{0.05}$ O $_{3}$（BFO）薄膜。BFO薄膜具有菱面体结构，剩余极化强度为Pr = 104 $μ$ C/cm $^{2}$ .通过比较不同的导电模型的I（V）特性，我们揭示了体限制Poole-Frenkel和肖特基界面机制的存在下，每一个占主导地位，在特定的温度范围内。在室温和10 mW激光照射下，BFO薄膜的短路电流密度（Jsc）和开路电压（Voc）分别为2.25mA/cm $^{2}$和-0.55V。这种PV效应可以通过施加高于矫顽场的正电压脉冲来切换。对于低温，观察到约-4.5V（-225kV/cm）的大Voc值，这表明PV响应的本体非中心对称起源。
2019-05-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Graphene-Enhanced Thermal Interface Materials for Thermal Management of Photovoltaic Solar Cells
光伏（PV）太阳能电池的温度的增加负面地影响其功率转换效率并且降低其寿命。负面影响在聚光太阳能电池中特别明显。因此，通过有效地去除多余的热量来限制PV电池的温度是至关重要的。常规的热相变材料（PCM）和热界面材料（TIM）不具有足以用于下一代PV电池的热管理的热导率值。在本文中，我们报告的调查结果，提高效率的光伏电池与石墨烯增强的TIM的使用。石墨烯揭示了最高值的固有热导率。它还表明，复合材料的热导率可以通过利用石墨烯填料增加。我们制备了具有高达6%的石墨烯的TIM，其是专门为PV电池应用设计的。使用太阳能模拟模块测试太阳能电池。结果发现，当使用石墨烯增强的TIM时，在两个太阳集中照明下的太阳能电池板的输出电压的下降可以从19%降低到6%。所提出的方法可以恢复高达75%的太阳能电池的功率损耗。
2016-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Electron-hole transport and photovoltaic effect in gated MoS2 Schottky junctions
原子级薄的MoS 2最近成为纳米级光电子器件的一种非常有吸引力的材料。虽然已经证明了MoS 2器件中的n型传输，但空穴传导更具挑战性。在这里，我们显示功函数工程是一种有效的方法来控制极性的二硫化钼设备。具有Au源极/漏极接触的栅控多层MoS 2晶体管表现出n型操作，而具有Pd接触的栅控多层MoS 2晶体管表现出p型行为。具有一个Au和一个Pd接触的器件在宽的栅极电压范围内表现出不对称的双极行为和二极管特性，以及相当大的光伏效应。我们认为，光伏效应来自于源极和漏极接触处积累的空间电荷的内建电势。
2013-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charged grain boundaries reduce the open circuit voltage of polycrystalline solar cells--An analytical description
本文给出了具有高缺陷密度正电荷柱状晶界的$pn^+$结的暗电流-电压关系$J(V)$的解析表达式。这些表达式适用于具有足够高的体空穴迁移率的非耗尽晶粒。通过与数值模拟的直接比较，验证了公式的准确性。数值模拟进一步表明，黑暗的$J(V)$可以用来确定开路电位$V_{\rm oc}$的照明结对于给定的短路电流密度$J_{\rm sc}$。提供了晶界性质和$V_{\rm oc}$之间的精确关系，推进了对薄膜多晶光致发光材料如CdTe和$\mathrm{Cu(In,Ga)Se_2}$的效率的晶界的影响的理解。
2016-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Spin photovoltaic cell
自旋电子学旨在利用电子器件内部载流子的自旋自由度，在量子计算和无耗散互连方面具有巨大的潜力。理想情况下，自旋电子器件中的自旋电流应该由自旋电压发生器供电，该自旋电压发生器能够驱动自旋脱离平衡并产生两个空间上分离良好的具有相反自旋取向的种群。这样的发电机应该在室温下工作，与现有的半导体技术高度集成，并且既不与铁磁材料也不与外部施加的磁场一起工作。我们通过实现光电池的自旋电子等效物来满足这些要求。虽然后者在空间上分离光激发的电子和空穴电荷，我们的设备利用圆偏振光产生两个空间上定义良好的电子种群具有相反的自旋。这是通过调制进入具有图案化金属覆盖层（铂）的半导体（锗）的光波前的相位和振幅来实现的。这允许在半导体内部产生具有空间调制手性的光衍射图案，由于电偶极子选择规则，其局部激发自旋极化电子。
2014-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impermeable Inorganic Walls Sandwiching Photoactive Layer toward Inverted Perovskite Solar and Indoor-Photovoltaic Devices
钙钛矿活性层和电荷传输层（CTL）之间的界面在卤化物-钙钛矿光致发光材料的效率和稳定性两者中起关键作用。其中一个主要的问题是，钙钛矿的表面缺陷可能会导致有害的非辐射复合和材料降解。在这项工作中，我们通过在三阳离子碘化铅钙钛矿层和两个CTL之间插入碱土金属氟化物（AF）膜来解决这个具有挑战性的问题。这种双侧无机壁策略利用了连续、均匀和紧凑的AF框架的物理阻挡和化学锚定功能：一方面，钙钛矿-AF界面均匀分布的碱碘配位有效抑制了整个钙钛矿薄膜表面和晶界碘空位缺陷的形成，从而减少了在钙钛矿-CTL界面处的陷阱辅助复合以及由此的开路电压损失;另一方面，即使在苛刻的工作条件下，不可渗透的AF缓冲层也有效地防止了在钙钛矿-CTL界面处的双向离子迁移。结果表明，低温处理的倒置平面钙钛矿太阳能电池的功率转换效率（PCE）为22.02%（认证效率20.4%），开路电压赤字（< 0.4V）较低。获得了优异的操作稳定性（500 h，ISO-L-2）和热稳定性（1000 h，ISO-D-2）。同时，使用优化的装置在昏暗光源（1000勒克斯白光LED光）下获得35.7%的PCE，这是钙钛矿室内光致发光的最佳记录之一。
2020-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
New hybrid organic-inorganic ferrophotovoltaic perovskites nanoparticles with high voltage for indoor and IoT applications
对于太阳光谱，光伏有源层的理想带隙为约1.3eV。然而，具有这种值的氧化物是罕见的。迄今为止，作为光伏活性层研究最多的氧化物之一是氧化亚铜Cu 2 O。它的带隙约为2.1 eV，因此对于太阳光谱来说并不理想。电源转换效率一般不超过4%。在本文中，我们建议研究一种新兴类型的太阳能电池，是基于铁电性。在这种类型的太阳能电池中，与传统太阳能电池不同，不一定需要pn结。这种类型的电池开始获得令人感兴趣的转换效率，但是其机制仍然没有得到很好的理解，并且必须解决几个材料和工程挑战。本文的目的是发起一种基于具有合适带隙宽度的新型无机材料和有机材料（生物聚合物）的创新光伏技术。这些氧化物更稳定。我们合成的铁电材料吸收了大部分的太阳光谱，减少了带隙宽度。将PZN-4.5PT纳米颗粒分散在生物聚合物基质中。采用旋涂法在ITO衬底上成功地制备了无机纳米粒子嵌入生物聚合物的杂化薄膜。结构，形态和电气性能进行了研究。在3550 lux的LED光照下，开路电压为5.17和5.86 V，光照15和30 min的最佳功率转换效率分别为21.83%和31.62%。
2022-06-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Phototransistor Behavior Based on Dye-Sensitized Solar Cell
在本工作中，光控器件电池的基础上，使用纳米TiO 2薄膜的染料敏化太阳能电池建立。电压-电流曲线具有线性增长、饱和平台和类击穿增长三种输运特性，这三种特性实际上是光选通晶体管的典型特性。此外，在电压-电流回路中观察到不对称行为，这被认为是由有效光导面积的差异引起的。还研究了共享对电极和漏极之间的光伏电压（VCE-D），阐明了源极中的主导暗过程和漏极中的主导光伏过程是串联的，改变了电势水平，从而导致了特征光电晶体管行为。
2012-10-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.optics
Experimentally Calibrated Kinetic Monte Carlo Model Reproduces Organic Solar Cell Current-Voltage Curve
动力学蒙特卡罗（KMC）模拟是研究有机光致发光中载流子动力学的有力工具。然而，任何光伏器件的关键特性，即其在太阳光照下的电流-电压（$J$ - $V$）曲线，已经证明使用KMC模拟具有挑战性。主要的挑战来自于注入接触的存在和当内部电场较低时电荷复合的重要性，即，接近开路条件。在这项工作中，实验校准的KMC模型，可以完全预测的$J$ - $V$曲线的无序有机太阳能电池。它表明，这是至关重要的实验证明的假设上的注入障碍，共混物的形态，和双生和nongeminate重组中涉及的电荷转移状态的动力学。所有这些属性独立校准使用电荷提取，电子显微镜，和瞬态吸收测量，分别。提供了明确的证据，从微观和瞬态KMC建模得出的结论确实是相关的实际操作的有机太阳能电池设备。
2020-04-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Magnetic field enhancement of organic photovoltaic cells performance
电荷分离是实现有机光伏电池高效率的关键过程。初始紧密结合的激子电子-空穴对必须足够快地解离，以避免光电流产生，从而避免经由成对复合的功率转换效率损失。这样的过程发生的过渡状态之间的初始激子和自由电荷状态的帮助。由于自旋守恒规则，这些中间电荷转移态通常具有单重态特征。在这里，我们提出了一个通用的有机光伏电池的供体-受体模型，其中的电荷分离的过程是由一个磁场，调谐的能级调制。磁场的作用是通过系统间的交叉加强具有三重态特征的电荷转移态的产生。由于系统的基态具有单重态特征，因此三重态受到复合保护，从而导致成功电荷分离的更高概率。使用开放量子系统的形式主义，我们证明，不仅人口的三重态电荷转移态的增长，在存在的磁场，但也如何的功率输出的有机光伏电池是以这种方式增加。
2017-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
High Open-Circuit Voltages in Lead-Halide Perovskite Solar Cells - Experiment, Theory and Open Questions
卤化铅钙钛矿的最显著的特征之一是它们具有缓慢复合的能力，尽管这些材料大多在室温下从溶液中加工。当在太阳能电池中使用铅卤化物钙钛矿层时，缓慢的复合允许实现高的开路电压。该观点讨论了我们对铅卤钙钛矿中复合和开路电压的理解和实验数据的最新水平。一个特别的重点放在开放的问题，社区必须解决设计未来的光伏和光电子器件的基础上铅卤化物钙钛矿和其他半导体具有类似的性能。
2019-03-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Gate-tunable diode and photovoltaic effect in an organic-2D layered material p-n junction
半导体pn结是一种简单的器件结构，与电子和光电子应用密切相关。低维材料在电子电路中的成功集成为制造栅极可调谐pn结开辟了前进的道路。在这种背景下，我们提出了一种有机（铜酞菁）-2D层状材料（二硫化钼）混合pn结的栅极可调二极管特性和光伏效应。我们的原理验证器件显示出多功能特性，二极管整流因子高达10^4，而在光照下，它们表现出光响应，测得的外部量子效率约为11%。至于它们的光伏特性，我们发现开路电压高达0.6 V，光电功率转换效率为0.7%。已知有机半导体和二维材料的扩展目录提供了定制所得到的器件的性质和性能的前景，使得有机2D pn结成为未来技术应用的有希望的候选者。
2015-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Brillouin-Mandelstam Spectroscopy of Stress-Modulated Spatially Confined Spin Waves in Ni Thin Films on Piezoelectric Heterostructures
本文报道了由压电（PMN-PT）衬底和厚度为64 nm的Ni薄膜组成的两相合成多铁性结构中热磁振子的微布里渊-曼德尔散射光谱。实验数据揭示了垂直自旋驻波（PSSW）的前两个模式在空间上限制在整个镍薄膜。PSSW峰的频率依赖于外部磁场的理论分析揭示了非对称的边界条件，即钉扎，在不同表面的Ni薄膜的可变磁化。在PMN-PT衬底上施加直流电压产生的应变场，由于Ni的磁弹效应，导致PSSW模式频率下移，自旋波共振条件发生相应变化。所观察到的非单调依赖的PSSW频率对直流电压有关的钉扎参数在某些值的电压的突变。所得结果对理解铁磁薄膜中的热磁振子谱和研制低功率自旋波器件具有重要意义。
2019-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Non-ferroelectric nature of the conductance hysteresis in CH3NH3PbI3 perovskite-based photovoltaic devices
我们目前的测量电导滞后CH 3 NH3 PbI 3钙钛矿薄膜，使用双波法进行，为了调查的铁电响应的可能性。在0.1 Hz至150 Hz的范围内观察到滞后的强烈频率依赖性，在低于0.4 Hz的频率下滞后电荷密度超过1000 μC/cm 2-这是铁电响应的非特征行为。我们发现，所观察到的滞后电导，以及在阻抗谱中的双弧的存在下，可以完全解释由移动离子的迁移偏置下的时间尺度上的秒。我们的测量将任何固有频率无关极化的上限约为1 μC/cm 2，排除了铁电性作为电流-电压滞后的主要原因，并提供了离子迁移在改变CH 3 NH3 PbI 3器件效率方面的重要性的进一步证据。
2015-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic and photothermoelectric effect in a double-gated WSe2 device
二硒化钨（WSe 2）是一种半导体过渡金属二硫属化物（TMDC），由于其具有双极性和直接带隙的单层结构，在光电子器件中显示出很大的应用潜力。最近，不同的研究小组已经利用WSe 2的双极性来实现电可调的PN结，展示了其在数字电子和太阳能电池应用中的潜力。在这封信中，我们专注于不同的光电流产生机制，在一个双栅WSe 2设备通过测量光电流（和光电压）的本地栅极电压是独立变化的组合，上面和下面的带隙照明。这使我们能够区分两种主要的光电流产生机制：光伏效应和光电热效应。我们发现，占主导地位的机制取决于所定义的门配置。在PN和NP配置中，光电流主要是由光伏效应产生的，并且该设备在532 nm照明下显示出0.70 mA/W的最大响应度，并且上升和下降时间接近10 ms。由光电热效应产生的光电流出现在PP配置中，并且是比由光伏效应产生的电流（在PN和NP配置中）大两个的因子。这表明，光热电效应可以在基于WSe 2的器件中发挥重要作用，其中由例如薄片厚度的不对称性或电极的光学吸收引起的强光学吸收区域在照射时产生相当大的热梯度。
2014-10-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Microscopic Perspective on Photovoltaic Reciprocity in Ultrathin Solar Cells
光伏互易理论将太阳能电池在施加偏压下的电致发光光谱与在短路条件下测量的器件的外部光伏量子效率相关联。它的推导是基于非简并准平衡载流子分布的光学各向同性介质中局部吸收和发射率之间的细致平衡关系。在许多情况下，电子和光学器件状态的密度和空间变化对操作点的依赖性是适度的，并且互易关系成立。然而，在利用受限模式的基于纳米结构的光伏器件中，基本假设不再合理。在双吸收太阳能电池的情况下，由于内建场的大变化，电子结构随外加偏压的改变是显著的。因此，在光伏互易性理论中直接使用在短路条件下测量的外部量子效率不能再现大的正向偏压电压下的电致发光光谱。这种失败是通过数值模拟的两个光谱量在正常入射和发射的GaAs p-i-n太阳能电池使用先进的量子动力学形式主义的基础上耦合光子和载流子的非平衡格林函数。虽然符合其有效性的条件下的半经典关系，该理论提供了一个一致的微观关系的吸收，发射和载流子传输在光伏器件在任意操作条件下，并为任何形状的光学和电子态密度。
2017-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Predicting Organic-Inorganic Halide Perovskite Photovoltaic Performance from Optical Properties of Constituent Films through Machine Learning
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；Optigon, Inc.（Optigon公司）
本研究提出一种机器学习方法，以钙钛矿薄膜的三项光学测量结果为输入，可预测对应太阳能电池的光伏参数并识别退化电池，是首个仅靠材料光学性质预测器件光伏性能的机器学习研究。
2024-12-06 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.comp-ph
