Analytic and geometric properties of photoinduced effects in noncentrosymmetric crystals: photovoltaic current and optical rectification
得到了电流和偏振对稳态相干非线性光学响应的初始色散关系。色散关系提供了一个新的互补工具，可以用来研究光致电荷输运模型，并方便实验数据分析。它示出的相干电流和DC-极化的起源在非中心对称晶体在照明下引起的Berry相的理论有关，可以表示在重正化的几何势。这种重正化起源于电子带之间的量子跃迁上的光场中的载波所获得的额外相位差。规范的电流和极化的相应表达式的不变性被证明。
2010-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Phenomenological theory of photomagnetoelectric effects Application to the directional photovoltaic effect in LiNbO3
我们提出了一个唯象理论，计算出光照对任何宏观晶体张量（极化、磁化、磁化率、应变张量、弹性系数等）平衡值的影响。它还包括非平衡光感应量，例如电流和热流。我们使用一个单一的唯象方法的基础上维格纳球函数预测的光致相关的现象，包括光伏，光电，光磁，光折变，光电流，光弹和光学整流现象。对于每个晶体磁点群和每个张量类型，计算响应函数与入射电磁束的传播和偏振方向的关系。它们的形式是由晶体和光对称群互连决定的。我们特别注意时间和空间反转对称性，这在多铁性材料复杂的对称性破坏中起着主导作用。LiNbO3的光伏和光磁电效应说明了我们的理论。
2017-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Strong bulk photovoltaic effect in chiral crystal in the visible spectrum
具有大拓扑数多重费米子的结构手性材料由于其自然长的表面费米弧和体量子化的圆光电流效应（CPGE）而引起了人们的广泛关注。多重费米子只出现在金属态，因此，迄今为止，大多数研究仅集中在具有手性晶体结构的化合物中的半金属。在这项工作中，我们表明，结构手性拓扑平凡绝缘体也是奇异的状态，这是有趣的应用的角度来看，由于其天然的优势，主机在可见光波长范围内的大体积光伏效应。在过去的几十年中，可见光波长区域中的移位电流被限制为10 uA/V2。通过扫描具有手性结构的绝缘体，我们发现了一类光电导范围为20 - 80 uA/V ~ 2的化合物，这比其他实际材料中报道的光电导大了大约一个数量级。研究结果表明，具有手性结构的化合物在二阶光学响应中既能产生量子电荷泵效应，又能产生较强的位移电流。此外，这项工作提供了一个很好的平台，转移电流的研究及其未来的应用，把重点放在绝缘体与手性晶格，迄今为止被忽视的光伏技术。
2019-12-20 cond-mat.mtrl-sci
On the feasibility of multi-polymer, liquid-crystal silica photovoltaics: simulating diodic p-n junctions with ionic gradients
传统的光伏机械，包括传统的硅胶板，无法解决效率问题。最近的技术进步表明，对金属的依赖性较低，但塑料基材受到成本效率低下的限制。光伏涂料有效地与金属依赖性分离，并且依赖于组合的pn结二极管原理/热电效应来从太阳能暴露产生电能。复制的交界处是通过多聚合物层的结晶二氧化硅水基涂料与离子溶液浓度梯度重叠，重建耗尽区，并在热方面，通过复制一个严重修改热电偶的热电效应。实验显示，每升油漆溶液的离子溶液（具体地，氯化钠溶液）的最大梯度（50%-10%）产生最大的电能产率（Cf.不产生任何控制）。功能性导电梯度的保持是通过专用的非酸性溶液实现的，但电荷的寿命几乎是瞬时的。该实验为多聚合物导电层的进步提供了可能的利用;然而，复制太阳能电池板的捕获和分配方案的太阳能接收涂料的生产没有可兼容性和有限的应用。潜在的应用包括电动汽车增强，太阳能接收建筑物，以及在初始条件良好的情况下建造大片的太阳能农场。风化、预期寿命和储存是油漆特有的。塑造理想的替代能源的意图是努力提出新的机制，遏制对化石燃料的依赖，并在许多渠道上激发对创新环境壮举的好奇心和创造力。
2010-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Absorption enhancement in amorphous silicon photonic crystals for thin film photovoltaic solar cells
我们报道了通过对光子晶体结构进行能带工程，可以极大地增强薄层的吸收。我们实现了非晶硅（aSi）光子晶体，其中慢光模式提高吸收效率。我们通过模拟表明，预期aSi膜的吸收增加了1.5倍。该建议，然后验证了实验演示，显示了一个重要的增加的吸收层的aSi在0.32-0.76微米的光谱范围。
2009-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High Photovoltaic Efficiency in Bulk-Stacked One-Dimensional GeSe$_{2}$ van der Waals Crystal
Kyung Hee University（庆熙大学）；Korea Institute of Science and Technology Information (KISTI)（韩国科学技术信息研究院）；Korea Institute for Advanced Study (KIAS)（韩国高等科学研究院）；Kangwon National University（江原国立大学）；Hongik University（弘益大学）
研究通过第一性原理计算发现，II 型 GeSe₂ 具有 25.6% 的光谱限制最大效率，是薄膜光伏的有前途的稳定吸收体。
2026-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Pure Spin Photocurrent in Non-centrosymmetric Crystals: Bulk Spin Photovoltaic Effect
自旋电流发生器是自旋电子学信息处理的关键部件。在这项工作中，我们从理论上和计算上研究了体自旋光伏（BSPV）效应在光照下产生直流自旋电流。BPSV的唯一要求是反转对称破缺，因此它适用于广泛的材料，并且可以很容易地与现有的半导体技术集成。BSPV效应是体光伏（BPV）效应的表亲，由此在光下产生DC充电电流。由于自旋电流和电荷电流的选择规则不同，如果系统具有镜像对称性或反镜像对称性，则可以实现纯自旋电流。对BPSV的机理和电子弛豫时间$τ$的作用也作了阐述。我们将我们的理论应用到几个不同的材料系统，包括过渡金属二硫属化物，反铁磁$\rm MnBi_2Te_4$，和拓扑晶体绝缘体立方$\rm SnTe$的表面。
2021-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Upper limit to the photovoltaic efficiency of imperfect crystals
Shockley-Queisser（SQ）极限基于光吸收层的带隙提供了用于预测太阳能电池的光电转换效率的便利度量。事实上，很少有材料接近这个辐射极限。我们开发了一种形式主义和计算方法来预测最大的光伏效率的不完美的晶体从第一性原理。我们的计划包括平衡人口的原生缺陷，载流子捕获系数，以及相关的重组率。当应用于锌黄锡矿太阳能电池时，我们揭示了$\mathrm{Cu_2ZnSnSe_4}$的固有极限为20%，远低于SQ极限32%。原子取代和非本征掺杂的影响进行了研究，导致31%的效率提高的途径。这种方法可以应用于支持未来太阳能技术的目标材料选择。
2020-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Magnetic Proximity Evoked Colossal Bulk Photovoltaics in Crystalline Symmetric Layers
体光伏效应是在光照射下产生静态电流的二阶非线性过程，需要中心对称破缺系统作为其应用平台。为了在空间中心对称材料中实现可测量的BPV光电流，已经开发了各种方案，例如化学掺杂、结构变形或电偏压。在目前的工作中，我们认为通过范德华界面相互作用的磁邻近效应，一种无接触的策略，也打破了中心对称性，并产生大的BPV光电流。使用Bi 2 Te 3五重层作为一个示例性的材料，我们表明，磁接近MnBi 2 Te 4七重层产生有限的和可调的移位和注入光电流。我们应用群分析和第一性原理计算来评估线性偏振光照射下的层特定的位移和注入电流的产生。我们发现，磁注入光电导，局部的Bi_2 Te_3层可以达到超过70 × 108 A/（V ~ 2s），因此，一维线电流密度的数量级为0.1 mA/nm的中等强度的光下，可以实现。除了电荷电流，我们还将讨论扩展到自旋BPV电流，得到纯的光生自旋电流。电荷和自旋光电流之间的垂直传播方向表明它们可以单独用于单一材料中。与先前报道的方法相比，经由范德华界面的磁邻近效应不会显著改变中心对称材料的固有特征（例如，Bi_2Te_3），并且可以通过（MnBi_2Te_4的）近似磁结构、层间距和光偏振来容易地实现其操纵。
2022-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Aziridinium lead iodide: a stable, low bandgap hybrid halide perovskite for photovoltaics
$A$位点分子的低电离能是一个非常重要的因素，其决定了$A$ PbI $_3$混合卤化物钙钛矿的晶体稳定性，而分子的尺寸决定了室温下的稳定相，并最终决定了带隙。对于PbI $_3$笼而言，实现低电离能和合理尺寸以规避混合卤化物钙钛矿固有的稳定性问题是具有挑战性的。在这里，我们提出了一种新的三元带电环自由基，它表现出低的电离能，使其相应的钙钛矿和合理的阳离子大小，转化为光伏应用的合适的带隙的良好稳定性。我们使用从头计算来评估所提出的卤化物混合钙钛矿的晶体结构的多态性，其稳定性和电子性质相比，主流钙钛矿，如甲基铵和甲脒碘化铅。我们的研究结果强调了范德华相互作用对于预测钙钛矿与六方晶体结构的正确多态性的重要性。
2017-11-15 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
Tailoring Bulk Photovoltaic Effects in Magnetic Sliding Ferroelectric Materials
与晶体对称性密切相关的体光伏效应已经在各种电介质材料中被广泛研究，特别是具有可切换电极化的强度的铁电体。为了进一步设计对称性，人们可以求助于拥有额外磁自由度的自旋极化系统。在这里，我们调查的体积光伏效应在二维磁滑动铁电（MSFE）系统，说明在VSe 2，FeCl 2，和CrI3双层。在这些系统中的过渡金属元素表现出内在的自旋极化，和两个层之间的堆叠失配产生有限的面外电偶极子。通过对称性分析和第一性原理计算，我们发现光生面内体光伏电流可以通过它们的磁序和面外偶极矩进行有效的调谐。从倒易空间中的量子度规偶极分布阐明了其基本机制。MSFE的制造和操作的容易性保证了实际的光电应用。
2022-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Crossover between bulk and interface photovoltaic mechanisms in ferroelectric vertical heterostructure
非反转对称晶体中的体光伏（BPVE）效应具有带隙以上的光电压和可开关的光电流等独特性质，在光电应用中具有巨大的潜力。由于铁电材料具有大的自发极化，因此是研究BPVE的理想平台。然而，由于体效应和界面效应之间的纠缠，确定实验观察到的光伏响应的起源往往是具有挑战性的，导致该领域的许多争论。这个问题在垂直异质结构中尤其明显，其中两种效应是可比的。在这里，我们报告了体积和界面主导的响应之间的交叉在垂直BiFeO3异质结构时，改变光子能量。我们发现，以及以上的带隙激发导致体光伏响应，但带边激发需要界面带弯曲分离的光生载流子。我们的发现不仅有助于澄清文献中相互矛盾的报道，而且为更深入地理解铁电光伏效应及其在各种器件中的应用奠定了基础。
2021-10-26 cond-mat.mtrl-sci
Influence of crystal structure on charge carrier effective masses in BiFeO$_3$
铁电基光致发光材料由于其内置的电荷分离能力而显示出作为可再生能源的巨大前景，但其效率通常受到低载流子迁移率的限制。在这项工作中，我们比较光伏前景的各个阶段的多铁性材料BiFeO $_3$通过评估其载流子有效质量，使用第一性原理模拟。我们确定了一个tetraphite相的一个大的自发极化和相对轻的载流子的有前途的组合。从一个系统的研究中存在的八面体扭曲BiFeO $_3$，我们解释结构和有效质量的变化方面的轨道字符和重叠的能带边缘，导致在几何形状的变化之间的关系。在这项研究中的发现提供了一些设计原则，工程师所需的有效质量BiFeO $_3$和类似的材料，通过操纵他们的晶体结构在实验上可访问的方式。
2019-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Thickness dependent effects of an intermediate molecular blocking layer on the optoelectronic characteristics of organic bilayer photovoltaic cells
在这项工作中，我们解决的微观效应相关的实施间二苯并菲咯啉（BPhen）激子阻挡层（EBL）夹在银阴极和分子二茚苝（DIP）/C60双层的光电池。对EBL厚度高达50 nm的电流密度、外量子效率和光致发光猝灭的补充研究表明，Ag原子能够穿透整个35 nm厚的C60膜进入下面的结晶DIP层，从而如果不施加阻挡层则增强激子猝灭。相比之下，对于5 nm厚的BPhen层，实现了激子阻挡、金属渗透的抑制和电子输运之间的最佳折衷，从而使功率转换效率提高2倍以上。
2012-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Formation of photoinduced space-charge field during in-bulk domain creation by femtosecond NIR laser irradiation in MgO:LN crystals
Ural Federal University（乌拉尔联邦大学）
研究了近红外飞秒激光照射下MgO:LN单晶中的域切换，揭示了光诱导域、微tracks和折射率修改区域的相对位置关系，并发现光诱导空间电荷场在退火后消失的原因。
2026-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Circular Photogalvanic and Photovoltaic Effect in 2D Tellurium with Different Chirality
本研究探讨了不同手性二维碲场效应晶体管中可调谐的圆光电流和光伏效应，揭示了由径向自旋结构和手性晶体结构引起的光电响应，并展示了对材料手性自由度的可控操纵。
2023-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Flexo-photovoltaic effect and above-bandgap photovoltage in halide perovskites
卤化物钙钛矿具有出色的光伏特性，其已通过界面工程进行了优化。然而，随着这些材料接近半导体结物理学所施加的限制，迫切需要探索替代方案，例如体光伏效应，其物理起源不同，不受相同限制的约束。在这种情况下，我们专注于柔性光伏效应，一种类型的体光伏效应，最近观察到的氧化物下的应变梯度。我们已经测量了弯曲下MAPbBr3和MAPbI3晶体的挠曲光伏效应，发现它比基准挠曲光伏氧化物SrTiO 3大几个数量级。对于足够大的应变梯度，可以产生大于带隙的光电压。体光伏效应是加性的，并且对于MAPbI3，挠曲光电压存在于滞后的原生体光电压之上，这与该材料的电可切换宏观偏振一致。结果表明，通过应变梯度工程利用挠曲光伏效应可以为卤化物钙钛矿提供功能性飞跃。
2023-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of Halide Composition on the Photochemical Stability of Perovskite Photovoltaic Materials
在使用集中阳光的加速应力下研究了具有一定范围的MAPb（I1-xBrx）3组合物（固溶体）的混合卤化物钙钛矿的封装膜的光化学稳定性。通过紫外-可见光谱和X射线衍射（XRD）分别记录了薄膜的光吸收和相应的结构变化。MAPbBr 3膜未表现出降解。在MAPbI 3和混合卤化物MAPb（I1-xBrx）3薄膜中，记录了钙钛矿材料的分解和无机PbI 2的结晶，以及相应的光吸收退化。溴的引入会使固溶体的结构受到应力，加速其降解。通过与户外阳光照射下的降解实验进行比较，证实了加速测试与太阳能电池标准操作条件的相关性。讨论了混合卤化物组合物稳定性降低的原因。
2016-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Switchable and unswitchable bulk photovoltaic effect in two-dimensional interlayer-sliding ferroelectrics
自发极化和体光生伏打效应是铁电材料中两个共同存在的物理性质。铁电有序的翻转通常伴随着BPVE的开关，因为两者在反转对称性下都是反转的。在这项研究中，我们报告了独特的BPVE字符在二维（2D）层间滑动铁电材料具有不可切换的面内BPVE（光致光电流在xy平面）和可切换的面外BPVE（光致极化沿z方向）。抽象双层晶体模型中的对称性分析和第一性原理计算验证了这些性质。这是因为层间滑移引起的正负铁电态之间存在镜像对称性，不能使所有的BPVE张量元翻转。这一发现扩展了对铁电性与BPVE之间关系的理解。一方面，可切换面外BPVE可用于设计可切换光电器件。另一方面，面内BPVE对铁电翻转具有很强的鲁棒性，并且不可切换的特性有利于构造更大规模的光电器件。
2022-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Bulk photovoltaic effect in two-dimensional ferroelectric semiconductor $α$-In$_2$Se$_3$
本文实验验证二维铁电半导体 α-In₂Se₃ 中由面外极化退极化场驱动的体光伏效应，其窄带隙使可见光响应增强，光电流密度较传统体相铁电材料高近两个数量级。
2023-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Spin-Chirality-Driven Bulk Photovoltaic Effect in van der Waals Magnet CrSBr
State Key Laboratory of Low Dimensional Quantum Physics and Department of Physics, Tsinghua University（清华大学物理系低维量子物理国家重点实验室）；Frontier Science Center for Quantum Information（量子信息前沿科学中心）；RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)（理化学会新兴物质科学中心）；Graduate School of China Academy of Engineering Physics（中国工程物理研究院研究生院）；Institute for Advanced Study, Tsinghua University（清华大学高等研究院）
研究以双层反铁磁CrSBr为原型，提出矢量自旋手性可作为可调旋钮生成含CSC和CIC的非常规磁性BPVE，该效应具高可控性，为相关应用提供了基础。
2026-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic effect in multi-domain ferroelectric perovskite oxides
我们提出了一个器件模型，阐明了畴壁的光伏效应在多畴铁电钙钛矿的作用。该模型考虑了铁电极化、空间电荷、光生和电子输运之间复杂的相互作用。当应用于铋铁氧体，结果表明一个显着的电势跨越71度和109度畴壁，这反过来又有助于光伏（PV）效应。我们还发现极化和氧八面体倾斜之间的强相关性，这表明后者在PV效应中的重要作用。基于畴壁的PV效应在本质上是加性的，允许产生带隙以上电压的可能性
2018-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring the photovoltaic effect in (111) oriented BiFeO3/LaFeO3 superlattices
研究了脉冲激光沉积BiFeO_3/LaFeO_3超晶格的铁电和光伏特性。对于高浓度的BiFeO 3的铁电状态，同时观察到可切换的光伏响应。相反，对于一定浓度的LaFeO 3，证明了不可切换的光伏效应。超晶格中PV响应的这种调制归因于铁电到顺电的相变，该相变随x的增加而控制。值得注意的是，伴随着PV机制的这种变化，随着x的增加，传导机制的变化似乎也发生了从体积限制到界面限制的传输。
2020-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Helicity dependent photovoltaic effect in Bi2Se3 under normal incident light
拓扑绝缘体（TI）是一类新型的绝缘材料，其绝缘体和表面导电由拓扑保护表面态（TPSS）保证。我们研究了垂直入射激光束的螺旋度对TI Bi2Se3光伏效应的影响。垂直入射光的螺旋度依赖的光伏效应的观察表明，由于六边形翘曲的一些TPSS的面外自旋分量的存在。此外，在表面处的静电势的波动局部地打破了膜的旋转对称性，从而允许螺旋度依赖的光伏效应。我们的研究结果表明，工程局部静电势Bi2Se3将允许控制光学产生的自旋电流，这可能是有用的自旋光电子学的应用。
2016-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Influence of temperature and wavelength on the switchable photovoltaic response of a BiFe0.95Mn0.05O3 thin film
研究了脉冲激光沉积外延BiFe_（0.95）Mn_（0.05）O_3薄膜在较宽温度范围内的光伏响应。波长依赖的光伏效应示出了最可能与钙钛矿单元电池的B-位点上的锰掺杂和缺陷（Bi和O空位）的存在相关的间隙能级状态的贡献。PV响应的温度依赖性响应排除了电迁移和/或肖特基势垒作为主要机制。这与所观察到的可切换光伏效应相印证，所述可切换光伏效应可以由去极化场或体光伏效应来解释。此外，PV响应显示出与低温极化子样传导机制的强相关性，并且在所研究的垂直电容几何结构中检测到高开路电压（2.5V）。
2019-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Bulk Photovoltaic Effects in Helimagnets
本文利用磁群理论揭示螺旋磁体中自旋螺旋序打破中心反演对称性并产生体光伏效应的机制，提出通过螺旋构型、波矢、手性和卷绕角调控BPV，并在单层NiI2中验证了方向依赖的光电流。
2024-06-18 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Calculation of the Bulk Photovoltaic Effect in the Polar Compounds LiAsS$_\text{2}$, LiAsSe$_\text{2}$, and NaAsSe$_\text{2}$
我们计算了极性化合物LiAsS $_\text{2}$、LiAsSe $_\text{2}$和NaAsSe $_\text{2}$的移位电流响应，这已被确定为体光伏效应的主导机制。我们发现，这些化合物的光伏响应在可见光范围内的幅度超过BiFeO $_\text{3}$获得的最大响应的10 - 20倍。我们将高位移电流响应与$p$状态在价带和导带边缘的存在以及这些带的色散相关联，同时也表明高极化不是必需的。这些材料具有小于2 eV的低实验带隙和高漂移电流响应，具有用作体光致发光材料的潜力。
2014-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Effect of the structure of lead iodine perovskites on the photovoltaic efficiencies
甲基铵碘化铅钙钛矿根据温度以不同的结构结晶：正交晶系、四方晶系和立方晶系。要考虑的一个重要点是不同结构的微观性质对光学和光伏性质的影响。利用第一性原理，我们得到的吸收系数，将决定太阳辐射的吸收。为了分析不同原子对吸收系数的贡献，我们将其分解为多组分展开。使用类似的方法，我们也分裂的效率作为一个多物种的扩展。它允许识别和量化原子种类对不同相的吸收系数和太阳能电池效率的贡献。此外，量化了单元厚度w的影响。
2021-05-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Switchable Ferroelectric Photovoltaic Effects in Epitaxial Thin Films of h-RFeO3 having Narrow Optical Band Gaps
铁电光伏材料由于具有高稳定性、环境安全性、高光伏电压和可逆光伏响应等优点而受到广泛关注。然而，FPV具有极低的光电流，这主要是由于它们的宽带隙。在这里，我们提出了一类新的FPV，通过使用六方晶系铁氧体（h-RFeO 3）薄膜具有窄的带隙~1.2 eV，其中R表示稀土离子的开关铁电光伏效应。具有窄带隙的FPV表明其作为光伏和光电子器件的潜在应用。h-RFeO 3薄膜还表现出相当大的铁电极化，这可能会降低光生电子-空穴对的快速复合速率。h-RFeO 3薄膜器件的功率转换效率（PCE）对偏振的大小很敏感。在h-TmFeO 3（h-TFO）薄膜的情况下，测得的PCE是BiFeO 3薄膜（原型FPV）PCE的两倍。我们进一步表明，可切换的光伏效应占主导地位的不可切换的内部场效应所产生的净内置电位。因此，这项工作展示了一种新型的FPV，用于高效太阳能电池和光电应用。
2017-11-09 cond-mat.mtrl-sci
First-principles materials design of high-performing bulk photovoltaics with the LiNbO$_3$ structure
体光伏效应是一个长期已知但知之甚少的现象。然而，最近观察到多铁性铁酸铋对可见光产生强烈的光伏响应，这表明该效应也未得到充分利用。在这里，我们提出了三种极性氧化物的铌酸锂$_3$结构，我们预测有带隙在1-2 eV的范围和非常高的体积光伏响应：PbNiO $_3$，Mg $_{1/2}$ Zn $_{1/2}$ PbO $_3$，和LiBi O $_3$。所有三种都具有由具有$d^{10}s^0$电子构型的阳离子决定的带隙，导致由阳离子$s$ -轨道和O $p$ -轨道组成的导带。这两者都大大降低了带隙，并增加了大量的光伏响应多达一个数量级，比以前的材料，展示了高性能的体光致发光的潜力。
2015-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Shift current bulk photovoltaic effect influenced by quasiparticles and excitons
考虑准粒子修正和激子效应，计算了BaTiO $_3$和二维单硫族化合物SnSe的位移电流体光伏效应.我们探讨了由于能带重整化而引起的位移电流峰位和幅度减小的变化。对于钛酸钡$_3$，我们证明，由于激子效应的带边附近的位移电流减少。这些结果与BaTiO $_3$上的实验的比较表明，机制以外的移位电流可能有助于BPVE。此外，我们发现，带隙附近的位移电流显示只有一个小的变化，由于激子在二维SnSe，这表明薄膜的几何形状提供了一个可行的方法来减少激子效应的位移电流。这些结果表明，多体校正对于准确评估大块光伏材料和理解BPVE背后的机制非常重要
2018-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Effect of annealing temperature on photovoltaic properties of spin coated CdS films
采用旋涂法在普通玻璃和导电玻璃衬底上制备了CdS薄膜样品，并在不同温度下进行了退火处理。根据在普通玻璃衬底上制备的薄膜的XRD图谱，多晶薄膜由单一的CdS相组成。在导电玻璃基板上合成的膜用于光伏测量。研究了光伏特性随退火温度的变化。在Na_2S_2O_3/I_2电解液中测量了液结光电池。然后，使用太阳能电池模拟系统在室温下在光照和黑暗下测量短路光电流和开路光电电压。利用紫外-可见光谱法测定了CdS薄膜样品的光学带隙。
2018-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Bulk photovoltaic effect enhancement via electrostatic control in layered ferroelectrics
铁电钙钛矿氧化物的体光伏效应（BPVE）的漂移电流机制与结构和电子性质之间的关系还没有得到很好的理解。本文从第一性原理出发，研究了具有可见光吸收的铁电体Pb（Ni $_{x}$ Ti $_{1-x}$）O $_{3-x}$固溶体的位移电流光伏效应。我们发现，共价轨道字符指示的方向，幅度和起始能量的移位电流在一个可预测的方式。特别是，我们发现，移位电流响应可以通过在层状铁电体中的静电控制来增强，因为束缚电荷面临更强的动力来屏蔽较厚材料中的电场，使电子密度离域。这种具有交替光电流产生层和绝缘层的异质分层结构是BPVE应用的理想选择。
2015-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Pure momentum-shift bulk photovoltaic effect in ferroelectric flat-band Mott insulators
针对传统位移电流光伏效应解释难以适用于平带系统的问题，研究提出将位移电流分解为实空间与动量空间分量的自洽方法，理论发现平带莫特绝缘体Nb₃X₈中存在纯动量空间位移电流，为探索新型体光伏效应提供新方向。
2025-02-24 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Calculation of the Bulk Photovoltaic Effect in KNbO$_{3}$ and (K,Ba)(Ni,Nb)O$_{3-δ}$
非中心对称材料的结构、电子结构和体光伏性能之间的联系仍然没有很好的理解。特别是，它仍然是不清楚的光伏（PV）机制（S）是相关的，最近证明的可见光铁电光伏（K，Ba）（Ni，Nb）O $_{3-δ}$。本文从第一性原理出发，通过计算迁移电流，研究了（K，Ba）（Ni，Nb）O $_{3-δ}$和KNbO $_{3}$的体光伏效应。系统地研究了结构相、晶格畸变、氧空位、阳离子排列、组分和应变对BPVE的影响。我们发现，（K，Ba）（Ni，Nb）O $_{3-δ}$具有与广泛探索的BiFeO $_{3}$相当的BPVE，但对于低得多的光子能量。特别地，（K，Ba）（Ni，Nb）O $_{5}$在简单层状结构中的玻璃系数可以大到BiFeO $_{3}$的12倍。此外，波函数的性质决定了最终的移位电流产率，这可以通过改变O空位位置、阳离子排列和应变来显著地影响和设计。这不仅有助于理解与光电流载流子运动有关的其他光伏机制，而且为光伏转换器的设计和优化提供了指导。
2015-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Effects on Amorphous Silicon Photovoltaic Performance from High-temperature Annealing Pulses in Photovoltaic Thermal Hybrid Devices
人们对光伏太阳能热（PVT）混合系统重新产生了兴趣，该系统收集太阳能用于热和电。通常，PVT系统的主要焦点是冷却光伏（PV）电池以提高电性能，然而，这导致热部件与太阳能集热器相比表现不佳。非晶硅（a-Si：H）的低温度系数允许PV电池在较高温度下操作，并且是更共生的PVT系统的潜在候选者。a-Si：H PV的基本挑战是光诱导降解，称为Staebler-Wronski效应（SWE）。幸运的是，SWE是可逆的，并且如果电池退火，a-Si：H PV效率可以返回到其初始状态。因此，存在将a-Si：H直接沉积在太阳能热吸收器板上的机会，其中电池可以达到退火所需的高温。在这项研究中，这个机会是实验探索。首先，a-Si：H PV电池以12小时循环在100 \degreeC下退火1小时，并且对于剩余时间，电池在50 \degreeC下降解，以便每天一次模拟PVT系统的停滞1小时。发现当比较在正常50 \degreeC降解下稳定后的细胞时，与仅在50 \degreeC降解的细胞相比，该退火序列导致10.6%的能量增益。
2012-03-06 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of bulk photovoltaic effect in CH$_3$NH$_3$PbI$_3$ and CH$_3$NH$_3$PbI$_{3-x}$Cl$_{x}$
混合卤化物钙钛矿表现出近20%的功率转换效率，但其高效率的起源仍然未知。本文从第一性原理出发，计算了CH $_3$ NH $_3$ PbI和CH $_3$ NH $_3$ PbI $_{3-x}$ Cl $_{x}$中的位移电流，这是铁电光致发光体光伏效应的主要机制.我们发现，这些材料提供约三倍大的位移电流PV响应近红外和可见光比原型的铁电光伏BiFeO $_3$。CH $_3$ NH $_3^{+}$的分子取向可以强烈地影响相应的PbI $_3$无机框架，从而改变移位电流响应的幅度。具体而言，配置与平行排列的偶极矩扭曲的无机PbI $_3$框架更显着比配置近净零偶极子，产生更大的移位电流响应。此外，我们探讨了Cl取代对移位电流的影响，发现Cl取代在赤道网站诱导更大的响应比取代在顶端网站。
2014-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic effect in BiFeO3/TiO2 heterostructures tuned with epitaxial strain and an electric field
基于第一性原理计算，在可见光区，外延应变和电场可以调节BiFeO 3/TiO 2异质结的光伏效应，这表现为在拉伸应变和电场作用下异质结吸收活性的增强.这表明在双层膜的界面处存在着光子、自旋载流子、电荷、轨道和晶格之间的耦合，这使得异质结成为一种基于自旋电子学的多功能光电器件的有趣候选者。异质结构的微观机制与界面附近Fe 3d和O 2 p轨道之间的自旋转移和电荷重排密切相关。
2013-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Acousto-drag photovoltaic effect by piezoelectric integration of two-dimensional semiconductors
研究利用表面声波在层状半导体MoSe2中产生零偏置光电流，通过压电集成实现声拖拽光伏效应，分离产生与提取过程以抑制复合，提供了一种不依赖晶体对称性的高效光电转换方法。
2024-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large bulk photovoltaic effect and Fermi surface mediated its enhancement with chemical potential in ZnGeP$_2$
本文研究了黄铜矿半导体ZnGeP$_2$的体光伏效应，发现其位移和圆形光生电流电导率在特定化学势下显著增强，并证实该增强源于布里渊区高对称方向的表面费米面态。
2024-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Tuning photovoltaic response in Bi2FeCrO6 films by ferroelectric poling
铁电材料是未来光伏应用的有趣候选者，因为它们有可能克服传统的单带隙半导体太阳能电池的基本限制。虽然更有效的电荷分离和带隙以上的光电压在这些材料中是有利的，但使用铁电功能来定制它们的光伏响应仍然令人困惑。在这里，我们解决这个问题，报告一个明确的滞后特性的光伏效应作为一个功能的电场和它的依赖于极化的历史。此外，我们获得洞察光致非平衡载流子动力学Bi2FeCrO6薄膜不仅涉及电荷产生，但也复合过程。在铁电剩磁，光是能够电determination的薄膜与resistance和瞬态效应所证明的电气和piezoresponse力显微镜（PFM）的测量。光伏响应的滞后性质及其在较大光强度下的非线性特性可用于优化未来铁电基太阳能电池的光伏性能。
2018-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Bulk photovoltaic effect in ferroelectric and antiferroelectric phases of antimony sulphoiodide investigated by means of ab-initio simulations
本研究通过第一性原理计算发现硫碘化锑的铁电与反铁电相带隙相近但自旋织构不同，其体光伏效应由线性和圆光伏效应驱动且可见光下光电导率高，可用于物相诊断，是太阳能转换及自旋电子学的潜力材料。
2025-06-12 cond-mat.mtrl-sci
The Effect of Hybrid Photovoltaic Thermal Device Operating Conditions on Intrinsic Layer Thickness Optimization of Hydrogenated Amorphous Silicon Solar Cells
从历史上看，混合太阳能光伏热（PVT）系统的设计集中在冷却晶体硅（c-Si）基光伏（PV）设备，以避免温度相关的损失。这种方法忽略了热力系统中的相关性能损失，并导致系统的总有效能降低。因此，本文探讨了使用氢化非晶硅（a-Si：H）作为PVT的吸收材料，以保持更高和更有利的操作温度的热系统。非晶硅不仅具有比c-Si更小的温度系数，而且可以通过退火去除来自Staebler-Wronski效应的缺陷状态而在更高温度的延长时间段内显示出改善的PV性能。为了确定a-Si：H PV性能的潜在改进与通过更高的操作温度使得i层的厚度增加相关，在25 ° C（STC）、50 ° C（代表性PV操作条件）和90 ° C（代表性PVT操作条件）的温度下在1个太阳照度（AM 1.5）下测试a-Si：H PV电池。在每个温度下评估i层厚度为420、630和840 nm的PV电池。结果表明，在90 oC下操作a-Si：H基PV，i层比目前商业生产中使用的电池厚，与在PV或PVT操作温度下操作的较薄电池相比，提供了更大的功率输出。这些结果表明，在PVT系统中引入a-Si：H作为吸收材料可以改善热性能，同时改善a-Si：H基PV的电性能。
2012-08-08 cond-mat.mtrl-sci
First principles calculations of the Shift Current Bulk Photovoltaic Effect in Ferroelectrics
通过对密度泛函理论的电子结构应用“位移电流”理论，从第一性原理出发计算了铁电体BaTiO $_3$和PbTiO $_3$的体光伏响应. BaTiO $_3$的第一性原理结果再现了实验光电流的方向和大小作为光频率的函数，以及电流对光偏振的依赖性，表明移位电流是BaTiO $_3$中体光伏效应的主导机制。此外，我们详细分析了响应与材料性能之间的关系。光电流并不简单地或强烈地依赖于材料极化的大小，如先前所假设的;相反，具有离域的、沿着电流方向高度不对称的共价键合的电子状态是强移位电流增强所需的。响应依赖于外部和材料参数的复杂性表明不仅在太阳能转换中应用，而且还可以应用于传感器和开关类型的设备。
2012-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic effect in individual asymmetrically contacted lead sulfide nanosheets
可溶液加工的二维半导体材料是一种很有前途的光电材料，可以应用于低成本的太阳能电池。硫化铅纳米晶体引起了人们的关注，因为有效带隙可以通过电子限制在很宽的范围内进行调整，并且观察到的多激子产生有望提高效率。我们报告的接触金属功函数对晶体管的性能的影响，基于个人的二维硫化铅纳米片。使用钯，我们观察到高达31厘米2/Vs的迁移率。此外，我们证明，不对称接触的纳米片显示光伏效应和纳米片的高度对器件性能具有决定性的影响。与铂和钛接触的厚度为5.4 nm的纳米片显示出高达0.94%的功率转换效率（EQE 75.70%）。这些结果凸显了人们对此类材料寄予的厚望。
2015-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Strained BiFeO$_{3}$ perovskite structure for enhanced photovoltaic effect
BiFeO $_{3}$是一种空间群为Pbnm的多铁性材料，在应变力作用下表现出磁序和电序耦合。对于空间群为R3 c的结构，采用$\&$来分析带隙Tauc图外推法。介电函数$\varepsilon(ω)$表明，在通过BiFeO $_{3}$跃迁时，光能显示出与折射率变化不一致的下降模式，折射率的变化范围为13至8、8至5、5至3、$\&$ 3至1（按光子能量）。此外，非交叉简并能级和杂化自旋轨道相互作用导致线性色散关系，这是典型的光子学性质，零DM相互作用。因此，BiFeO $_{3}$在应变力作用下可以表现出光子学性质。由于$Dzyaloshinskii$ - $Moriya(DM)$和自旋轨道耦合作用，一般应变结构具有增强的光伏效应，具有较小的光学带隙。
2021-03-03 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
Dopant size effect on BiFeO$\rm_{3}$ perovskite structure for enhanced photovoltaic activity
本研究是使用第一性原理密度泛函理论计算在gpaw代码。分析和研究了单斜$P2_1/m$空间群Ba掺杂BiFeO $_3$（BFO）中Li、Cs或两者掺杂的原子尺寸效应。计算结果表明，Cs掺杂BFO的光电流密度明显提高，这可能是由于吸收峰展宽和双等离子体激元的产生。两个尺寸相差较大的原子共掺杂比单个小尺寸原子掺杂对等离子体激元的宽度和峰值有显著的影响。在10 eV量级的更高光子能量范围，折射率降低到$n(ω) \to 1$，这意味着光波可以隧穿原始的和掺杂的BFO而没有任何相变，因此表明其作为光子应用的有效候选者的潜力。此外，掺杂的BFO显示出丰富的光电流产生特性，这在太阳能电池和光伏应用中将是重要的。
2022-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis, Crystal Structure and Properties of a Perovskite-Related Bismuth Phase, (NH4)3Bi2I9
有机-无机卤化物钙钛矿，特别是甲基铵铅卤化物，最近导致光伏器件的显著突破。然而，由于这些基于钙钛矿的太阳能电池中的重金属铅的环境和稳定性问题，非铅钙钛矿结构的研究已经吸引了越来越多的关注。在这项研究中，一个层状钙钛矿结构，（NH 4）3Bi 2 I9，在溶液中制备，并通过单晶X射线衍射的结构是解决。DFT计算的结果表明铋离子具有显著的孤对效应，其带隙为2.04 eV，低于CH 3 NH3 PbBr 3的带隙。还进行了电导率测量以检查作为含铅钙钛矿的替代物在应用中的潜力。
2015-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Giant Bulk Electro-photovoltaic Effect in Hetero-nodal-line Systems
基于双带模型提出体电光伏效应，利用外电场调控异质节线系统中的面内位移电流，在HSnN/MoS2系统中实现比现有系统大1~2个数量级的巨型位移电流及可调符号反转。
2023-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Observation of unusual optical band structure of CH3NH3PbI3 perovskite single crystal
人们对杂化有机铅卤化物钙钛矿的光电物理进行了广泛的努力，以揭示具有吸引力的光伏性能的原因。然而，由此产生的证据还远远没有完全确定。在这里，我们为这个问题提供了另一个直接的支持。除了观察到在1.58 eV处的常规带边呈现出向温度升高的蓝移之外，有趣的是，我们还观察到在CH 3 NH3 PbI 3钙钛矿单晶中在1.48 eV处的不寻常的光学带边。与传统的带边相反，这一个显示出一个明显的红移向温度的增强，与Varshni关系。更有趣的是，异常的带边显示出一系列明显的吸收和光电流信号，而相应的光致发光信号却观察不到。这表明，由于抑制了辐射复合，该带边对光伏效应特别有益。利用泵浦-探测光电导技术研究了含光电荷跃迁和转移的动力学过程，提出了一个可变能带结构模型。
2018-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Perovskite-Inspired Materials for Photovoltaics -- From Design to Devices
在过去的十年里，卤化铅钙钛矿在光伏发电中的功率转换效率方面表现出惊人的提高。最有效的钙钛矿器件现在优于行业标准的多晶硅太阳能电池，尽管钙钛矿通常使用简单的基于溶液的方法在低温下生长。然而，铅的毒性及其在水中的易溶性是广泛实施的问题。这些挑战，以及钙钛矿的许多成功，已经激励了多个学科的重大努力，以寻找无铅和稳定的替代品，这些替代品可以模仿钙钛矿的能力，以实现低温，简便的制造方法的高性能。本综述讨论了已采取的计算和实验方法来发现无铅钙钛矿启发的材料，以及最近的成功和挑战，在合成这些化合物。讨论了铅卤化物钙钛矿在光伏器件中表现出的非凡性能的原子起源，以及在替代的下一代材料中设计这种高性能的关键挑战。除了光电子学，这篇评论讨论了钙钛矿启发的材料的影响，在刺激努力应用新材料在其他光电应用，即发光二极管，光催化剂，辐射探测器，薄膜晶体管和忆阻器。最后，讨论了该领域在推进钙钛矿材料在商业设备中实现的发展方面所面临的前景和关键挑战。
2020-08-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Jerk current: A novel bulk photovoltaic effect
我们研究了偏置晶体绝缘体中代表光生电流的三阶极化率的物理发散。在没有动量弛豫和饱和的情况下，该电流与照明时间成二次方增长;我们将其称为\textit{jerk current}。目前的两个贡献被确定。第一个是通过静态电场的光学注入载流子的流体动力学加速，第二个是在静态电场存在下载流子注入速率的变化。急动电流可以具有垂直于静态场的分量，这是电场中载流子的标准流体动力学描述所不能捕获的特征。我们建议一个实验来检测急动电流和它的一些有趣的功能。
2018-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
