The Sobering Reality of Perovskite/Si Tandem Solar Cells under Realistic Operating Conditions
Peroxide/Si叠层太阳能电池具有显著优于传统太阳能电池的潜力。在标准测试条件下，钙钛矿/Si叠层太阳能电池的性能已经超过了Si单结。然而，在现实条件下，正如我们所展示的，这些串联太阳能电池几乎没有比单独的硅电池更有效。我们模拟现实的钙钛矿/硅串联太阳能电池在现实世界的气候条件下的性能，通过将寄生电池电阻，非辐射复合，和光学损耗到详细的平衡限制。我们定量地表明，在钙钛矿顶部电池中优化这些参数，钙钛矿/Si串联太阳能电池达到高达14%的绝对效率优势，即使在保持Si电池不变的情况下。尽管钙钛矿太阳能电池的效率迅速提高，但我们的研究结果强调需要进一步的材料开发，精心的器件设计和光管理策略，这些都是高效钙钛矿/Si串联太阳能电池所必需的。
2017-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Polarization boost and ferroelectricity down to one unit cell in layered Carpy-Galy La$_{2}$Ti$_{2}$O$_{7}$ thin films
本研究通过应变工程在La$_2$Ti$_2$O$_7$薄膜中实现极化增强，3%拉伸应变促进逐层生长，获得18 $μ$C/cm$^2$的极化强度（比先前高3倍），并证实铁电性可保持至单胞厚度，为铁电器件应用奠定基础。
2024-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Equivalent circuit representation of hysteresis in solar cells that considers interface charge accumulation: Potential cause of hysteresis in perovskite solar cells
如果电荷载流子在太阳能电池的电荷传输层中累积，则源自这些累积电荷的电场的瞬态响应导致电流-电压（$J$ - $V$）特性的滞后。虽然这种机制以前是已知的，但迄今为止尚未考虑解释这些$J$ - $V$特性的理论模型。我们推导出一个等效电路从建议的磁滞机制。通过求解等效电路模型，我们能够再现钙钛矿太阳能电池中的一些滞后特性。
2016-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Electromagnetic approach to ultrathin solar cell efficiencies
当前用于评估太阳能电池效率的方法不能应用于其中来自近场光学领域的现象占优势的极薄电池。我们克服了这个问题，提供了一个严格的电磁计算的波动耗散定理的基础上的太阳能电池的效率。我们的方法是通过计算的GaAs太阳能电池的效率与Au背反射器的厚度远低于太阳能通量的典型波长。结果表明，近场光学影响低维太阳电池的性能。
2011-06-07 cond-mat.mtrl-sci
III-V Solar Cells
III-V族材料显示出广泛的间隙，使其成为高效太阳能电池设计的理想选择。本章回顾了这些材料的相关生长方法和材料特性，并讨论了结合异质材料的方法，展示了这些材料设计的灵活性。太阳能电池的基本损失机制进行了分析和量化的前奏，分析高效率的电池设计在单，串联，和三结太阳能电池。损失机制的详细分析是用来获得这些设计的限制行为的理解，并显示散装电池仍然占主导地位的非辐射损失，尽管统一的理想因素。总而言之，这与纳米结构太阳能电池的操作机制形成对比，纳米结构太阳能电池可以被示出为以辐射主导模式操作，并且因此接近理想的太阳能电池效率极限。
2013-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Assessing Material Qualities and Efficiency Limits of III-V on Silicon Solar Cells Using External Radiative Efficiency
本文提出了一种定量的方法来调查和比较硅上的III-V（III-V/Si）太阳电池的材料质量，通过外部辐射效率。我们使用这个分析来预测极限效率和评估材料质量的标准，以实现高效率的III-V/Si太阳能电池。这一结果产生了几个高效率III-V/Si太阳能电池的设计的影响。
2016-06-02 cond-mat.mtrl-sci
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
All-Inorganic Spin-Cast Nanoparticle Solar Cells with Non-Selective Electrodes
旋转浇铸的全无机纳米颗粒溶液已被用于制作CdTe/CdSe太阳能电池，其效率高达2.8%，而没有氧化铝或钙缓冲层。的类型的结和非选择性的性质，这些设备的接触进行了探讨。
2008-12-05 cond-mat.mtrl-sci
New Design of Potentially Low-cost Solar Cells Using TiO2/Graphite Composite as Photon Absorber
提出了一种利用钛白和石墨组合作为活性光子吸收材料的太阳能电池设计。钛白吸收近紫外波长的光子以产生电子空穴对，而石墨预计吸收更长波长的光子。尽管许多作者声称石墨不是半导体，但我们观察到仅包含钛白作为活性物质的太阳能电池模型与仅包含石墨作为活性物质的模型表现完全相同。另外，我们观察到，使用钛白和石墨的复合物作为活性材料制成的太阳能电池的模型具有比仅使用钛白或仅使用石墨活性物质制成的太阳能电池高得多的效率。
2015-06-26 cond-mat.mtrl-sci
High-Temperature Annealing of TiO2 Nanotube Membranes for Efficient Dye-Sensitized Solar Cells
我们将阳极二氧化钛奈米管膜以自上而下的方式转移到FTO玻璃上，以制作光阳极，并将其用于制作正面照明式染料敏化太阳能电池。在太阳能电池构造之前，基于管的光阳极在不同温度（400-800°C）下结晶，并且研究管电子输运性质对太阳能电池的光伏性能的影响。我们表明，提高太阳能电池效率（高达约。8.0%）。与电子输运时间测量一致，当管膜在600°C结晶时，能够显著增强电子迁移率。
2016-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Novel Highly Active Pt/Graphene Catalyst for Cathodes of Cu(II/I)-Mediated Dye-Sensitized Solar Cells
开发了一种新型的高活性、光学透明的电极催化剂，其包含Pt、PtOx、氧化石墨烯和堆叠的石墨烯片晶纳米纤维，用于Cu（II/I）介导的染料敏化太阳能电池的阴极。
2018-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Molecular weight dependent bimolecular recombination in organic solar cells
研究了由聚合物：富勒烯体系PCDTBT：PC 71 BM（聚[N-9”-十七烷基-2，7-咔唑-alt-5，5-（4 '，7'-二-2-噻吩基-2 '，1'，3 '-苯并噻二唑）]：[6，6]-苯基-C $_{70}$ -丁酸甲酯）制成的可操作有机太阳能电池中的载流子复合。提出了一种新开发的技术高强度电阻依赖的光电压（HI-RPV）可靠地量化的双分子复合系数独立的实验条件的变化，从而解决了以前的实验方法的关键限制。对不同厚度和不同聚合物分子量的太阳能电池进行实验。结果表明，太阳能电池由低分子量的PCDTBT表现出朗之万复合，而抑制（非朗之万）的重组被发现在太阳能电池与高分子量的PCDTBT。
2014-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Modified Mott-Schottky Analysis of Nanocrystal Solar Cells
采用Mott-Schottky分析法测定了硫化铅-氧化锌胶体量子点异质结太阳电池的内建偏压（Vbi）和掺杂浓度（N）。我们发现，在太阳能电池的电极的电荷注入势垒创建一个恒定的电容，扭曲结的耗尽电容，并导致错误的Vbi和N值时，通过莫特-肖特基分析确定。注入势垒电容是考虑到将一个恒定的电容与耗尽电容并联。
2011-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Polaron Recombination in Pristine and Annealed Bulk Heterojunction Solar Cells
利用光CELIV技术研究了P3HT：PCBM太阳电池中光生极化子的主要损失机制。对于原始的和退火的设备，我们发现，实验数据可以解释的双分子复合率减少了约10（原始）和25（退火）的因素相比，朗之万理论。借助于宏观器件模型，我们讨论了降低损耗率对聚合物：富勒烯太阳能电池特性的影响。
2009-07-15 cond-mat.mtrl-sci
Optimizations of GaAs Nanowire Solar Cells
GaAs纳米线太阳能电池的效率可以显著提高，而无需任何新的工艺步骤或材料要求。我们报告了一个GaAs纳米线（NW）太阳能电池与垂直的p-i-n结和高带隙AlInP钝化壳耦合光电模拟。我们的频率相关模型有助于计算量子效率的第一次在NW太阳能电池。对于钝化的纳米线，我们发现，短波长的光子可以最有效地利用使用薄的发射器，而长波长的光子最好利用的本征区域的纳米线/基板界面，并使用基板作为基地。这两个容易实现的改变，加上NW高度增加到3.5 μ m，在钝化壳存在下具有实际的表面复合，导致NW太阳能电池具有大于19%的效率。
2016-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Persistent photovoltage in methylammonium lead iodide perovskite solar cells
对甲基铵碘化铅（CH3NH3PbI3）钙钛矿太阳能电池进行开路电压衰减测量以研究载流子复合动力学。将测量结果与基于P3HT：PC60BM和PTB7：PC70BM共混物的两种参考聚合物-富勒烯本体异质结太阳能电池进行比较。在钙钛矿器件中，发现了电压衰减的两个非常不同的时域，第一个下降在短时间尺度上，这与有机太阳能电池相似。然而，也观察到两个主要差异。最大光电压的65 - 70%持续更长的时间尺度，并且复合动力学取决于光照强度。
2014-07-03 cond-mat.mtrl-sci
High current, high efficiency graded band gap perovskite solar cells
有机-无机卤化物钙钛矿材料已经成为传统太阳能电池构建块的有吸引力的替代品。它们的高光吸收系数和长漫射长度表明高功率转换效率（PCE），1 -5并且实际上基于钙钛矿的单带隙和串联太阳能电池设计已经产生了令人印象深刻的性能。1 -16进一步提高太阳光谱利用率的一种方法是渐变带隙，但是这在以前对于钙钛矿还没有实现。在这项研究中，我们展示了梯度带隙钙钛矿太阳能电池，其稳态转换效率平均为18.4%，最高为21.7%，全部没有反射涂层。实验数据的分析产生高填充因子~75%和高短路电流密度高达42.1 mA/cm 2。这些电池基于两个钙钛矿层（MASnI 3和MAPbI 3-xBrx）的新型架构，结合GAN、单层六方氮化硼和石墨烯气凝胶，显示出钙钛矿太阳能电池有史以来报道的最高效率。
2016-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Computer simulation of a-Si/c-Si heterojunction solar cell with high conversion efficiency
为了开发高转换效率、低成本的太阳能电池，对p型非晶硅/n型晶体硅（P+ a-Si/N+ c-Si）异质结进行了模拟。计算了不同透明导电氧化物（TCO）功函数的电池特性。对异质结电池的能带结构、量子效率和电场进行了详细的分析，以了解异质结电池的机理。结果表明，a-Si/c-Si异质结对TCO功函数非常敏感，要使P+ a-Si：H/N+ c-Si太阳电池获得高的转换效率，TCO功函数必须足够大。在优化的工艺参数下，P+ a-Si：H/N+ c-Si太阳电池的效率（η）达到21.849%（FF：0.866，VOC：0.861V，JSC：29.32mA/cm 2）。
2013-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Electrochemical Properties of Cu(II/I)-Based Redox Mediators for Dye-Sensitized Solar Cells
三个铜（II/I）-菲咯啉和铜（II/I）-联吡啶氧化还原介体研究在各种电极和各种电解质溶液中使用循环伏安法和阻抗谱对称虚拟细胞。
2018-04-24 cond-mat.mtrl-sci
AI-supported Degradation Study of Carbon-based Perovskite Solar Cells: Learning the Device Physics of Perovskite Solar Cells: A Drift-Diffusion Guided Autoencoder Approach
本文利用机器学习分析碳电极钙钛矿太阳能电池在老化过程中的电流-电压曲线，通过预测物理参数揭示退化机制，并构建数字孪生进行验证。
2026-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Ionic Charge Imbalance in Perovskite Solar Cells
钙钛矿太阳能电池中的离子迁移通常从电中性条件来分析和理解。然而，最近的几份报告表明，由于外部离子迁移和/或化学反应，活性层中可能存在离子不平衡。在这种情况下，在这里，我们探讨了离子电荷中性对钙钛矿太阳能电池性能的影响。我们的研究结果表明，离子不平衡导致设备静电的不对称性，这对材料/界面退化，滞后的影响，并最终对长期稳定性和最佳设备架构（NIP与PIN）的影响有着有趣的影响。
2023-01-26 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Scale Investigation of Dye Sensitized Solar Cells_Interface Structure and Dynamics
基于有机/无机杂化材料的染料敏化太阳能电池（DSC）是极具发展前途的第三代太阳能电池，因其具有低成本、柔性和环境友好等优点而受到广泛关注。本文综述了DSC研究的最新进展，重点介绍了原子尺度下的界面电子结构和动力学过程，包括染料在TiO 2上的吸附结构、超快电子注入、热电子注入、多激子产生和电子-空穴复合。我们简要总结了先进的实验技术和理论方法调查这些接口的电子特性和动力学，然后介绍了光伏器件优化的基础上从原子尺度的调查所获得的见解取得的进展。最后，提出了染料太阳能电池进一步改进的挑战和机遇。
2014-06-12 cond-mat.mtrl-sci
Built-in potential and validity of Mott--Schottky analysis in organic bulk heterojunction solar cells
我们研究了聚（3-己基噻吩-2，5-二基）：[6，6]-苯基-C_（61）丁酸甲酯体异质结（BHJ）太阳能电池的脉冲光电流、温度依赖的电流-电压和电容-电压测量。我们表明，Mott-Schottky（MS）分析从无机器件到有机BHJ太阳能电池的直接转移通常不适合确定内置电位，因为所得电位取决于有源层厚度。脉冲光电流测量使我们能够直接研究的情况下，准平带（QFB）的太阳能电池的大部分。它远低于内建电位，并通过接触处的扩散诱导带弯曲而不同。与MS分析相反，相应的电势与活性层厚度无关，因此与MS分析相比，它是BHJ太阳能电池本体中平带条件的更好测量。
2011-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Polymer-Fullerene Bulk Heterojunction Solar Cells
有机太阳能电池是一种低成本、高效率的太阳能转换器，具有良好的能量平衡性。它们由碳基半导体制成，具有良好的光吸收和电荷产生特性，并且可以通过低温工艺制造，例如使用溶剂型油墨印刷，这些油墨与柔性塑料基板甚至纸张兼容。在这篇综述中，我们将概述有机太阳能电池的物理功能，其最先进的性能和局限性，以及实现更好的材料稳定性和更高的功率转换效率的新概念。我们亦会因应市场的潜力，简要检讨有关工序及成本。
2010-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Perspective: Dielectric and Ferroic Properties of Halide Perovskite Solar Cells
卤化物钙钛矿半导体对电场的响应方式随时间和长度尺度而变化。我们讨论的微观过程，引起这些材料的宏观极化，范围从光学和振动响应的离子和电子的运输。介电常数的强频率依赖性可以通过将静态介电常数分离成其组成部分来理解，包括由于旋转偶极子引起的取向极化，其将理论与实验观察联系起来。铁电性的有争议的问题得到解决，我们强调最近的进展，在材料和域表征，但强调与隔离自发晶格极化从其他过程，如带电缺陷的形成和运输的挑战。我们的结论是CH $_3$ NH $_3$ PbI $_3$表现出铁弹性驻极体的许多特征，其中自发晶格应变耦合到长寿命的亚稳态极化状态。
2018-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Open-Circuit Voltage Deficit in Cu2ZnSnS4 Solar Cells by Interface Band Gap Narrowing
有证据表明，界面复合在Cu 2 ZnSnS 4太阳能电池有助于开路电压赤字。我们的混合密度泛函理论计算表明，在Cu 2 ZnSnS 4/CdS界面的电子空穴复合是由更深的导带，减缓电子提取。相反，对于Cu 2 ZnSnSe 4/CdS界面，带隙没有变窄，这与较低的开路电压赤字一致。
2018-11-10 cond-mat.mtrl-sci
A Physics-based Analytical Model for Perovskite Solar Cells
钙钛矿是下一代低成本、高效率太阳能电池的理想吸收材料。虽然钙钛矿电池的配置类似于经典太阳能电池，但它们的操作是独特的，需要开发新的物理模型来表征，优化电池和预测电池板性能。在本文中，我们开发了这样一个基于物理学的分析模型来描述不同类型的钙钛矿太阳能电池的操作，明确说明非均匀生成，载流子选择性传输层和电压依赖性载流子收集。该模型将允许实验人员表征现有电池的关键参数，了解性能瓶颈，并预测钙钛矿太阳能电池板的性能-这是钙钛矿太阳能电池技术发展的下一步。
2018-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-Terminal Tandem Solar Cells based on Perovskite and Transition Metal Dichalcogenides
尽管涉及低温、基于溶液的合成工艺，但Percent太阳能电池已显示出与结晶硅太阳能电池相当的功率转换效率（PCE）。由于带隙为1.55 eV的钙钛矿太阳能电池的理论PCE由于肖克利-奎塞尔极限而被限制在33%，因此正在研究串联配置以超过该极限。在这里，我们提出了一个双端（2 T）串联太阳能电池结构组成的钙钛矿和多层过渡金属二硫属化物作为吸收层的顶部和底部的子电池，分别和研究其性能参数，使用太阳能电池电容模拟器-1维（SCAPS-1D）软件包。我们证明了由带隙为1.55 eV的CH_3 NH_3 PbI_3和带隙为1.1 eV的MoTe_2组成的2 T叠层太阳能电池在AM 1.5 G照明下显示出最大35.3%的PCE。这项工作激励实验实现这种太阳能电池的进一步调查。
2021-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Analysis Of SnS2 Buffer Layer And SnS Back Surface Layer Based CZTS Solar Cells Using SCAPS
利用SCAPS模拟了一种改进的单元结构Mo/SnS/CZTS/SnS 2/ZnO的铜锌锡硫化物（CZTS）基太阳能电池。在模拟中使用SnS 2缓冲层代替标准CdS层。在改进的电池配置中添加了额外的SnS背面钝化层。与标准的CdS缓冲层太阳能电池结构Mo/CZTS/CdS/ZnO相比，太阳能电池的效率得到了提高，表明了用SnS 2作为CdS潜在替代物的可能性。此外，使用背表面钝化层导致改进的太阳能电池性能。
2015-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Prospects for Perovskite/Silicon tandem solar cells to outperform c-Silicon solar cells at elevated temperatures
成功的商业化的Peroxides/Si叠层太阳能电池（P/Si TSC）需要先验估计的技术基准，以优于c-Si基技术在现场条件下。为此，通过详细的数值模拟和分析建模，在这里，我们确定了离子迁移和寿命退化的限制，直到P/Si TSC保持竞争力。我们的研究结果揭示了一个独特的比例律的效率和温度系数的P/Si TSC的演变，使我们能够预测限制的年度降解率。有趣的是，我们发现，与2 T细胞相比，4 T细胞可能对离子迁移的不良影响更具免疫力。这些见解对于材料/界面工程方法和基于物理学的加速测试具有广泛的相关性，这些加速测试侧重于长期稳定性和模块可靠性。
2022-07-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Simulation of the Efficiency of CdS/CIGS Tandem Multi-Junction Solar Cells Using AMPS-1D
在本文中，我们进行CdS/CIGS太阳能电池的数值模拟，通过使用AMPS-1D软件，旨在制定新的多结叠层太阳能电池提供其最有效的操作的优化设计。我们从单结CdS/CIGS太阳电池的数值模拟开始，计算结果表明，当CIGS p层厚度为200 nm时，电池的效率最高可达17.3%。这一结果与实验数据非常一致，其中太阳能电池厚度为1微米时，最高效率为17.1%。利用单结太阳电池的数值模拟结果，我们开展了新的多结串联CdS/CIGS太阳电池结构的设计和优化。数值模拟结果表明，在AM1.5标准照度下，CIGS p层厚度为600 nm时，该太阳能电池的最大效率为48.3%.
2016-02-05 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Carrier loss mechanisms in textured crystalline Si-based solar cells
一个相当普遍的器件分析方法，允许直接评估晶体硅（c-Si）为基础的太阳能电池的光学和复合损耗已经开发出来。通过应用该技术，已经揭示了具有~20%效率的最先进的太阳能电池的光学和物理限制因素。在所建立的方法中，载波损耗机制的特点是从外部量子效率（EQE）分析，具有非常低的计算成本。特别是，纹理c-Si太阳能电池的EQE分析是通过采用直接从实际器件获得的实验反射光谱，同时使用没有任何拟合参数的平面光学模型来实现的。我们发现，所开发的方法提供了几乎完美的拟合EQE光谱报告的各种纹理的c-Si太阳能电池，包括c-Si异质结太阳能电池，掺杂剂的c-Si太阳能电池与MoOx层，和n型钝化发射极与背面局部扩散（PERL）太阳能电池。复合损耗的建模还允许从EQE分析中提取少数载流子扩散长度和表面复合速度。根据EQE分析结果，讨论了不同类型c-Si太阳电池的载流子损耗机制。
2017-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Assessing Possibilities & Limits for Solar Cells
这篇论文已被作者撤回。
2011-03-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Temperature coefficient of Silicon based carrier selective solar cells
载流子选择性（CS）硅太阳能电池作为PN结硅太阳能电池的低成本替代物被越来越多地探索。虽然最近关于功率转换效率的趋势是令人鼓舞的，但是对于这样的太阳能电池，温度系数以及因此在升高的温度下的功率输出没有被很好地探索。在这里，我们解决这个问题，通过详细的数值模拟，探讨界面和材料参数对温度系数的影响。我们的研究结果表明，不考虑界面质量，CS太阳能电池的温度系数随着能带不连续性的增加而提高。有趣的是，与效率相关的趋势相反，我们的研究结果表明，CS太阳能电池的温度系数受少数载流子提取层的界面质量的影响比受多数载流子提取层的影响更大。这些见解对硅基CS太阳能电池的最佳材料和工艺条件的选择具有重要意义。
2018-08-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Cu2ZnSnS4 Films using an Eco-friendly Direct Liquid Coating Approach for Solar Cell Applications
Cu_2ZnSnS_4（CZTS）是一种很有前途的薄膜太阳能电池吸收材料。报道的湿化学合成方法往往有很高的环境影响，由于使用研磨溶剂，如肼，羟胺等，我们报告了一种环保的溶剂为基础的方法，使CZTS薄膜具有理想的吸收特性的太阳能电池应用。
2015-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Computational design of organic solar cell active layer through genetic algorithm
有机太阳能电池的活性层微结构对效率至关重要。通过研究有机太阳能电池微结构的光伏特性，可以提高太阳能电池的效率。采用基于图形的微结构模型来近似给定微结构的太阳能电池的效率，该效率以短路电流测量。通过基于概率图的优化，一类微结构被发现的效率超过了更传统的形态。这些优化的太阳能电池超过了更传统的光伏器件的效率，因为它们更好地促进了电荷传输、产生和解离。设计了一种装置，其具有来自具有目前认为的最佳形态的太阳能电池的短路电流增加40.29%。所设计的形貌特征为供体材料聚（3-己基噻吩-2，5-二基）（P3 HT）和受体材料苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）的两个树枝状簇。所设计的微结构在性能上的增加与更传统的结构形成对比，所述结构具有P3 HT和PCBM的交叉或双层股线。通过基于图的演化改变微结构形态，获得了效率显著高于传统有机太阳能电池的有机太阳能电池，证明了基于图的微结构模型在材料科学模拟中的有效性，并推进了廉价，高效的可再生能源形式的愿景。
2019-10-28 cond-mat.mtrl-sci cs.NE
Photovoltage Bleaching in Bulk Heterojunction Solar Cells through Occupation of the Charge Transfer State
我们观察到一个强大的峰值在电容光电流的MDMO-PPV / PCBM体异质结太阳能电池的激发低于吸收阈值能量。在峰值能量下的照明阻止在其他波长下的电荷捕获，并导致光电压急剧下降。这些结果表明，新的峰是由于电荷转移状态，这提供了一个路径的电荷分离和光电流产生的太阳能电池。
2010-04-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Two-Photon Photocurrent in InGaN/GaN Nanowire Intermediate Band Solar Cells
中间带太阳能电池具有使用单个半导体结的高功率转换效率的前景。许多当前的实现方式使用带隙太小而不能实现最大效率的材料或使用成本过高的衬底。在这里，我们展示了一种用于中间带太阳能电池的材料系统，该材料系统使用直接在硅上生长的InGaN/GAN量子点纳米线异质结构，以提供更低成本、大带隙的中间带太阳能电池平台。我们展示了连续的双光子电流产生与子带隙光子，中间带太阳能电池操作的标志，通过垂直堆叠的纳米线中的量子点。近红外线偏置与850 nm的激光强度高达200 W/cm 2的带隙以上和以下的光电流增加高达19%，在78 K，和44%，在室温下。纳米结构III族氮化物策略提供了一种实现现实室温中间带太阳能电池的途径，同时利用硅衬底的成本优势。
2020-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Characterizing Fill Factor Limitations in Perovskite-Silicon Tandem Solar Cells
Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；University of Duisburg-Essen（杜伊斯堡-埃森大学）
本文研究了钙钛矿-硅叠层太阳能电池中填充因子损失的机制，分析了串联电阻和光搜现象对填充因子的影响，并提出克服光搜问题以提升叠层电池效率的策略。
2026-04-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The Effects of Geometry on a-Si:H Solar Cell Performance
提出了一种三维纳米同轴半球形薄膜太阳电池的性能模拟模型.在这些模拟中考虑的材料系统是氢化非晶硅（a-Si：H），太阳能电池以n-i-p堆叠架构制造。平面a-Si：H器件的性能的模拟进行了比较，对使用SCAPS-1D进行的模拟，发现是在密切的协议。的电气和光学性能的设备进行了讨论，为各自的几何形状。最大功率点效率被绘制为i层厚度的函数，以洞察优化空间参数。模拟结果表明，虽然能带图中的几何变化影响载流子收集，但a-Si：H太阳能电池的性能受与非平面结构的纳米级阵列相关的光吸收特性的影响最为显著。我们比较我们的模拟制造的纳米同轴a-Si：H太阳能电池的结果，并推断在这样的太阳能电池实验观察到的增强吸收的机制。
2015-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Solution-processed ZnO as the efficient passivation and electron selective layer of silicon solar cells
在织构化n型c-Si晶片上旋涂溶液处理的本征ZnO和Al掺杂ZnO（ZnO：Al），以取代磷掺杂非晶硅作为Si异质结（SHJ）太阳电池的电子选择性传输层（ESTL）。未掺杂的ZnO除了具有电子选择性输运的作用外，还具有一定的钝化作用。制备了具有不同钝化层（本征a-Si：H、SiOx和未掺杂ZnO）和电子输运层（未掺杂ZnO和ZnO：Al）组合的SHJ太阳电池并进行了比较。在具有a-Si：H/ZnO：Al双层背层结构的SHJ太阳电池上获得了高达18.46%的效率。全溶液处理的非掺杂ZnO/ZnO：Al复合层具有较好的电子选择性输运性能，其转换效率为17.13%。根据太阳电池背面能带图讨论了载流子输运与SHJ太阳电池性能的关系。
2018-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Simulation of the Efficiency of a-SiC:H/a-Si:H Tandem Multilayer Solar Cells
本文对SiC：H/a-Si：H单结和多结叠层太阳电池效率的一般性问题进行了理论研究。利用AMPS-1D微电子和光子结构一维分析程序对氢化硅太阳能电池进行数值模拟分析，使我们能够制定新型多结叠层太阳能电池的最佳设计，提供最有效的操作。本文对SiC：H/a-Si：H单结太阳电池进行了数值分析，其中掺杂i层作为中间吸收层（a-Si：H）置于p型（a-SiC：H）和n型（a-Si：H）层之间。已经确定的是，在优化太阳能电池参数之后，在i层的500 nm厚度处实现了19.62%的最高效率。对新开发的a-SiC：H/a-Si：H叠层太阳电池多结结构进行了优化。数值计算表明，当中间i层厚度为270 nm时，效率最高，为22.6%。
2016-01-22 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Efficiency Limit of Intermediate Band AlxGa1-xAs Solar Cell Based on AlyGa1-ySb Type-II Quantum Dots Embedded Outside of the Depletion Region
中间带（IB）电池是Luque和Marti在1997年提出的高效太阳能电池的概念。IB概念使用双光子吸收的非线性效应，该非线性效应通过这种光子的集中来增强，用于在单p-n结电池中产生额外的光电流。在这项理论工作中，我们证明了自组织应变II型AlyGa 1-ySb量子点在IB GaAs太阳能电池中的重要作用。
2012-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modelling Grain Boundaries in Polycrystalline Halide Perovskite Solar Cells
太阳能电池是半导体器件，其通过在照射时产生电荷来发电。为了获得最佳的器件效率，光生载流子必须在复合之前到达电接触层。深入了解复合过程和输运行为对于设计更好的器件至关重要。卤化物钙钛矿太阳能电池通常由多晶吸收层制成，但对晶界的性质和作用没有共识。本文综述了扩展缺陷研究的理论方法。我们介绍了最近的计算研究的晶界，其点缺陷分布的影响，在卤化物钙钛矿太阳能电池。最后，我们讨论了未来的研究方向。
2020-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Analytical Device-Physics Framework for Non-Planar Solar Cells
非平面太阳能电池装置已被推广作为一种手段，以提高电流收集的吸收材料与电荷传输的限制。这项工作提出了一个分析框架，用于评估基于材料和几何形状的非平面太阳能电池的最终性能。在这里，pn结的物理分析低注入条件下，当结可以被认为是空间上可分离成准中性和空间电荷区。对于常规平面太阳能电池架构，先前建立的支配载流子传输的一维表达式从本文建立的框架恢复。平面和非平面的几何形状的空间电荷区的复合统计进行比较，显示从空间电荷区产生的复合电流的变化。此外，平面和非平面太阳能电池的性能进行了模拟，基于短路电流的半经验表达式，详细说明了载流子传输和效率的变化作为几何形状的函数，从而产生洞察太阳能电池架构的设计标准。对于这里考虑的条件下，生成速率和总电流的表达式示出普遍支配任何太阳能电池的几何形状，而重组的空间电荷区域内示出直接依赖于的pn结的几何取向。
2014-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
CH3NH3PbI3/GeSe bilayer heterojunction solar cell with high performance
近年来，有机磷（CH_3NH_3PbI_3）太阳能电池取得了重大进展。在本文中，我们提出了一种双层异质结太阳能电池的钙钛矿层与IV-VI族半导体层相结合，它可以给出一个转换效率甚至高于传统的钙钛矿太阳能电池。这样的方案使用具有直接带隙的半导体层可以更好地吸收长波长光并且与钙钛矿层互补的性质。我们分别研究了GeSe、SnSe、GeS和SnS等半导体层，发现GeSe是最好的，其中钙钛矿/GeSe太阳能电池的光吸收效率显著提高。结果表明，与仅具有单一钙钛矿层的太阳能电池相比，短路电流密度提高了100%，并且功率转换效率提高了42.7%（达到23.77%的高值）。只要提高填充因子和开路电压，就可以进一步提高功率转换效率。这一策略为开发高性能、实用化的太阳能电池开辟了一条新的途径。
2017-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Thinned GaInP/GaInAs/Ge solar cells grown with reduced cracking on Ge|Si virtual substrates
减少Ge衬底上GaInP/GaInAs/Ge三结太阳电池生长过程中裂纹的形成|Si虚拟衬底已尝试通过减薄的结构，即Ge底部电池和GaInAs中间电池。使用现实的设备参数进行的理论分析表明，GaInAs中间电池可以大幅减薄到1000 nm，同时增加其In含量到8%，在3结电池的效率损失低于3%。实验结果表明，在减薄的GaInAs/Ge 2结和GaInP/GaInAs/Ge 3结电池中，宏观裂纹的形成得到了抑制。这些原型无裂纹多结电池演示了概念，并用于排除任何可能的组件集成问题。性能指标受到所使用虚拟衬底中超过2 e7 cm-2的高穿透位错密度的限制，但展示了几乎电流匹配、无裂纹、减薄的3结太阳能电池，并确定了通往更高电压太阳能电池的途径。
2021-04-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Towards the maximum efficiency design of a perovskite solar cell by material properties tuning: A multidimensional approach
为了获得太阳能电池的功率转换效率（PCE）的显著提高，未来的电池研究和开发应该基于多种材料特性的同时改进，而不是基于最先进的一维或二维改进。在这种情况下，研究人员应该知道，哪种材料特性和电池设计参数相结合会导致最高的效率提高。对于同一目标，还应该知道必须调整这些变量之间的哪些关系。这样的知识变得可用的模拟和数值优化，我们提出了一个Percent太阳能电池（PSC）在超立方体空间的变量。
2021-08-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Evidence of enhanced Zn-diffusion observed during the growth of Inverted Metamorphic Solar Cells
锌扩散可引起多结太阳能电池的电性能的多重故障。在这项工作中，我们显示了一个重要的锌扩散从AlGaInP背表面场层的发射极的GaInP顶电池的倒置多结太阳能电池。通过分析不同的掺杂分布，我们提供了强有力的证据，扩散机制是（1）触发的隧道结阴极的生长和（2）涉及点缺陷。我们分析了Zn扩散对GaInP太阳能子电池的带隙、背面钝化和少数载流子质量的影响，通过将不同样品的电学性能与其相应的掺杂分布相关联。
2022-05-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fill Factor Losses and Deviations from the Superposition Principle in Lead-Halide Perovskite Solar Cells
提高当前一代钙钛矿太阳能电池的填充因子是进一步提高效率的关键。因此，迫切需要量化填充因子损失的方法。量化太阳能电池中欧姆和非欧姆电阻损耗的经典方法是基于在相等复合电流密度下分析的黑暗中和照明下的电压之间的比较。应用于钙钛矿太阳能电池，我们观察到欧姆串联电阻与电压依赖性电阻的组合，其在短路和低正向偏压下最突出。后者很可能是由电子和/或空穴传输层的差的传输性质引起的。通过测量钙钛矿太阳能电池的光致发光作为施加电压的函数，我们提供了直接的证据，高准费米能级分裂在低和中等正向偏压，大大超过了外部施加的电压。这种准费米能级分裂导致复合损耗，从而降低了太阳能电池的短路电流和填充因子。
2022-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Efficiency limits of Perovskite Solar Cells with Transition Metal Oxides as Hole Transport Layers
过渡金属氧化物（TMO）如MoOx越来越多地被探索作为用于基于钙钛矿的太阳能电池的空穴传输层。由于它们的大功函数，这种太阳能电池的空穴收集机制与其他材料如PEDOT：PSS根本不同，并且相关的器件优化没有很好地阐明。此外，这种架构对离子迁移所带来的挑战的前景还有待探讨-我们在这方面的贡献，通过详细的数值模拟严格审查。奇怪的是，我们发现，对于类似的离子密度和界面复合速度，离子迁移是更有害的Percent太阳能电池与TMO接触层具有低得多的可实现的效率限制（21%）。这项工作所分享的见解应该在长期稳定性，效率下降方面引起社区的广泛兴趣，因此可以帮助严格评估TMO作为钙钛矿太阳能电池空穴接触层的前景和前景。
2021-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Addressing band-edge-property spatial variations and localized-state carrier trapping and recombination in solar cell numerical modeling
传导和价带边缘性质随位置的变化以及引起能隙中的局域态的缺陷在确定太阳能电池性能中可起重要作用。了解它们对设备的影响对于解释复杂的实验观察和优化太阳能电池的性能是必要的。在这篇综述中，我们包括电子和空穴的带边特性的变化所产生的有效力与位置的太阳能电池性能的数值公式。此外，我们系统地分类和审查各种不同类型和分布的局域态，并包括在我们的数值输运模型的载流子捕获，电场修改，和这些局域态引起的复合。的成功实施的带边特性的变化和缺陷状态的影响的数值模拟的方法证明使用的太阳能电池模拟代码分析的微电子和光子结构（AMPS）及其衍生物。
2019-08-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High Open Circuit voltage solar cells based on bright mixed halide CsPbBrI2 perovskite nanocrystals synthesized under ambient air conditions
卤化铅钙钛矿纳米晶体（NC）目前正在成为最令人感兴趣的溶液处理半导体之一，因为它们具有高光致发光量子产率（PLQY），以及通过阴离子交换反应或量子限制的颜色可调谐性。在这里，我们显示了高效的太阳能电池的基础上混合卤化物（CsPbBrI 2）NC通过在环境条件下的阴离子交换反应。我们进行了阴离子交换反应，在浓NC溶液中与I-，从而诱导PL红移高达676 nm，并获得高PLQY的膜（65%）。在空气中用两种不同的沉积方法制造在350-660 nm波长范围内工作的太阳能电池器件。太阳能电池显示出5.3%的光转换效率和高达1.31V的开路电压（Voc），这是所报道的带隙低于2 eV的基于钙钛矿的太阳能电池的最高值之一，清楚地表明了这种材料的潜力。
2019-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Simulation of the Efficiency of CdS/CdTe Tandem Multi-Junction Solar Cells
本文利用AMPS-1D软件对CdS/CdTe太阳电池进行了研究。首先研究了半导体层厚度对CdS/CdTe太阳电池输出参数的影响，如短路电流密度、开路电压、填充因子和效率。数值模拟表明，当CdTe层厚度为1000 nm，CdS层厚度为60 nm时，单结CdS/CdTe太阳电池的效率最高，为18.3%。然后，为了获得最大值的效率，新的串联多结结构，包括层的两个太阳能电池彼此背靠背连接的设计和工程考虑到单结太阳能电池所获得的结果。数值模拟表明，当CdS p层厚度为50 nm，CdS n层厚度为200 nm，而CdTe n层和CdTe p层厚度分别为3000 nm和1000 nm时，其效率最高，为31.8%。
2016-02-04 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
