Experimental Determination of Power Losses and Heat Generation in Solar Cells for Photovoltaic-Thermal Applications
太阳能电池热回收作为提高光伏效率的一种可行的解决方案，近年来在研究界引起了越来越多的关注。然而，这种策略的实施的便利性是必然的可回收的热功率的精确评估，并发生在太阳能设备内的损失的适当定义。在这项工作中，我们建立了一个框架，其中所有的太阳能电池的损失的定义和描述。目的是确定热馏分的组分。因此，我们描述了一种实验方法来精确地计算这些组件的测量的外部量子效率，电流-电压特性，和太阳能电池的反射率。将此方法应用于三种不同类型的器件（体器件、薄膜器件和多结器件），我们可以利用当今主要三代PV电池的损耗之间的关系。此外，由于该模型是明确的波长依赖性，我们可以显示如何在所有电池的热损失发生在整个太阳光谱，而不仅仅是在红外区域。这表明，有利可图的热量收集技术应该能够在整个太阳光谱范围内回收热量。
2018-09-05 physics.app-ph
External quantum efficiency above 100% in photovoltaic cells due to the technique raising efficiencies for all kinds of solar cells
Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences（中国科学院半导体研究所）
研究借助V形模块光伏技术，调查商业多晶硅太阳能电池的外部量子效率，发现其超过100%。该技术或因暗能量产生此现象，为光伏物理研究开辟新途径，还能用于开发红外和紫外光探测器。
2026-07-08 physics.app-ph
Thin-Film Solar Photovoltaics: Trends and Future Directions
University of North Carolina at Charlotte（北卡罗来纳大学夏洛特分校）
本文综述了薄膜光伏技术，包括非晶硅、镉碲化物和铜铟镓硒等，分析了其在规模化、成本和可持续性方面的挑战，并探讨了钙钛矿、铜锌锡硫等新兴技术的发展与应用前景。
2025-08-07 physics.app-ph
Enhanced Photovoltaic Performance of Perovskite Solar Cells by Co-Doped Spinel Nickel Cobaltite Hole Transporting Layer
采用溶液燃烧法合成了共掺杂尖晶石型钴镍酸盐空穴传输层，并将其应用于平面型倒置钙钛矿太阳能电池。与未掺杂的尖晶石镍钴酸盐相比，掺入Co掺杂的尖晶石镍钴酸盐的Percent太阳能电池显示出器件性能参数的增加，导致PCE为16.5%。X-射线光电子能谱学测量揭示了Cu阳离子的倾向，以取代优选的表面Ni原子改变表面化学计量的尖晶石镍钴酸盐诱导阴极极化。紫外光电子能谱学测量揭示了共掺杂的尖晶石镍钴酸盐薄膜的电离电位增加了0.1 eV相比，未掺杂的尖晶石镍钴酸盐基空穴传输层。我们将倒置钙钛矿太阳能电池的PCE增强归因于共掺杂尖晶石镍钴酸盐空穴传输层的空穴提取性能的改善。
2019-06-06 physics.app-ph
Optimized Solar Photovoltaic Generation in a Real Local Distribution Network
可再生能源在电力网络中的显著渗透，尽管其具有减少功率损耗和提高负载能力等宝贵机会，但引起了系统运营商的担忧。这种巨大的渗透可能导致违反电网要求，例如电压和电流限制以及反向功率流。分布式电源（DG）的优化配置和规模是提高电力系统效率的最佳途径之一。本文建立了一个仿真模型的基础上获得的负载配置文件，GIS信息，太阳能日照，馈线和电压设置的本地配电网，并定义了太阳能PVDG安装的优化问题，以确定最佳选址和大小为不同的渗透水平与不同的目标函数。目标函数包括电压分布改善和能量损耗最小化，所考虑的约束包括物理配电网约束（AC潮流）、PV容量约束以及电压和反向潮流约束。
2017-06-08 physics.app-ph
Identifying optimal photovoltaic technologies for underwater applications
改进水生环境中的太阳能收集将有助于更好地进行环境监测和遥感，但为这些应用确定最佳光伏技术具有挑战性，因为评价需要实地部署或使用大型水箱。在这里，我们提出了一个简单的台式表征技术，不需要直接接触水，因此避免了在开发的初始试验期间进行现场测试的需要。采用LED模拟水下太阳光谱在不同的深度，我们比较硅和碲化镉太阳能电池，两种商业上可用的技术，与GaInP电池，一种技术具有宽带隙接近理想的水下太阳能收集。我们使用这种方法来表明，虽然Si电池在陆地AM1.5G太阳辐照下优于CdTe和GaInP，但CdTe和GaInP在深度> 2 m时优于Si，GaInP电池在水下的效率超过51%。
2022-06-01 physics.app-ph
Thermodynamic limit of solar to fuel conversion for generalized photovoltaic-electrochemical system
白天/晚上能量输出的变化对光伏系统的广泛采用构成了主要障碍。集成的光伏（PV）和电化学（EC）-存储系统提供了一种解决方案，但是集成系统的热力学效率（η_sys）和实现极限所需的最佳配置仅针对通过复杂的数值模拟导出的少数简单情况而已知。在本文中，我们表明，一个简单的，概念上透明的，解析公式可以精确地描述一个“广义”PV-EC集成系统的η_sys。N结双面叠层电池的M电池模块在安装在Arabido R地面上的S太阳下照明。有串联的K-EC电池，每个电池由它们的反应电势、交换电流和塔菲尔斜率定义。我们推导了PV-EC设计的所有可能组合的η_sys（N，M，K，R，S）的最佳热力学极限。对于具有最佳-（M，K）和大N的设置，在1个太阳光照和λ_（max）= 0的情况下，η_sys的极限约为52%。该分析将统一全球不同团体发表的特定构型结果，并确定进一步朝着相应热力学极限迈进的机会。
2017-07-22 physics.app-ph
Performance of a crystalline silicon photovoltaic power plant during sandstorms
在过去十年中，太阳能光伏发电在一些国家实现了电网平价。这场革命已经在太阳辐射强度不是很高的国家开始。全世界一些机构绘制的太阳能资源图表明，适合利用太阳能发电的太阳辐射强度高的地区位于沙漠和半干旱地区。这些地区尘土飞扬，受到人为污染和自然沙尘暴的影响。这些事件对太阳能光伏（PV）发电厂产量的影响是显着的。太阳辐射漫射分量的增加伴随着自然发生的沙尘暴。通常太阳能电池板以最佳角度倾斜，并且落在电池板上的全球倾斜辐射值在沙尘暴期间和之后显著变化。值得注意的是，太阳能光伏发电厂在此类事件期间的功率输出的下降足够高，以保证在预测发电厂输出时进一步考虑。逆变器性能在这样的沙尘暴是令人满意的。将沙尘暴监测与光伏发电厂产量预测算法相结合是改善光伏发电厂运行的必要条件。
2017-09-30 physics.app-ph physics.soc-ph
Organic and perovskite solar cells for space applications
近60年来，空间应用的太阳能一直依赖于无机光致发光材料，从单晶硅制成的太阳能电池发展到基于锗和III-V合金的三结。这类有机基光致发光材料的范围从全有机到混合钙钛矿，有可能成为空间应用中的颠覆性技术，这要归功于吸引人的固有特性（例如，创纪录的高比功率，可调吸收窗口）和加工可能性的独特组合。在这里，我们报告了平流层任务OSCAR的发射情况，该任务首次展示了有机太阳能电池在地外条件下的操作。这一成功的基于有机物的光电子学的首次飞行为从卫星到轨道和行星空间站的空间太阳能发电开辟了新的范例。
2018-04-07 physics.app-ph
Inhomogeneous light photovoltaic effect in neighboring quantum dots
从理论上研究了非均匀光场作用下双量子点的光伏效应。与传统的p-n型光伏效应相比，非均匀光场提供了非对称的电势，在相邻量子点中产生电子数分布的极化，进而产生净电流。这种太阳能电池的电流密度和效率估计与传统的基于p-n型材料的太阳能电池相当。用量子主方程描述了室温附近电子的运动。非均匀光光伏效应对于获得更经济的太阳能电池具有潜在的应用价值。
2022-05-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Flexibility-assisted heat removal in thin crystalline silicon solar cells
薄晶体硅太阳能光伏器件具有通过节省材料来降低组件价格和通过减少体复合损耗来提高效率的巨大潜力。然而，组件效率随着组件温度在阳光下升高而相当敏感地降低。有效、廉价的冷却模块方法将加速薄晶体硅光致发光器件的大规模市场采用。为了实现有效的冷却，我们利用单晶硅薄膜的高度灵活性来制造波浪形太阳能电池。这些波浪形单元比传统的扁平单元具有更大的表面积，同时占据相同的投影面积。我们的实验表明，薄的波浪形晶体硅太阳能电池的温度下的阳光下，可以显着降低增加对流冷却，由于其大的表面积。通过有效排热实现的显著效率增益指向高性能薄晶体硅光伏系统，其在配置上与常规系统完全不同。
2022-09-29 physics.app-ph
Manifestation of the thermoelectric properties in Ge-based halide perovskites
尽管硫族化合物作为传统的热电材料已经得到了广泛的研究，但寻找一种具有高电导率和低热导率的合适材料仍然是一个挑战。在这项工作中，我们介绍了一类新的热电材料，锗基无机卤化物钙钛矿\ce{CsGeX3}（X = I，Br，Cl），这已经被认为是一个有前途的候选人的光伏应用。通过晶格动力学计算和Boltzmann输运方程的求解，我们发现这些钙钛矿具有低于0.18 W m $^{-1}$ K $^{-1}$的超低热导率，而具有高于860 cm $^2$ V $^{-1}$ s $^{-1}$的非常高的载流子迁移率，这远远优于传统的硫属化合物的热电性。这些结果为寻找高性能、低成本的无机卤化物钙钛矿基热电材料指明了方向。
2020-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Solution-processed two-dimensional materials for next-generation photovoltaics
在不断增长的能源需求情况下，新型光伏（PV）技术的开发被认为是满足能源需求的关键解决方案之一。在这种情况下，石墨烯和相关的二维（2D）材料（GRM），包括非层状2D材料和2D钙钛矿，以及它们的混合系统，正在成为推动光伏技术创新的有前途的候选者。GRM的机械，热和光电特性可以在太阳能电池的不同有源组件中被利用，以设计下一代器件。这些组件包括前（透明）和背导电电极，电荷传输层，和互连复合层，以及光敏层。GRM在液相中的生产和加工，再加上利用湿化学官能化按需调节其光电性能的能力，使其能够通过可扩展的，可靠的和廉价的印刷涂层工艺有效地集成在先进的PV器件中。在此，我们回顾了溶液处理二维材料在有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池、有机-无机混合太阳能电池以及串联系统中的应用进展。我们首先简要介绍了2D材料的特性及其通过溶液加工路线的生产方法。然后，我们讨论了电极，光敏层组件添加剂，电荷传输层和互连层的二维材料的功能，通过优值，这使得太阳能电池的性能被确定，并与国家的最先进的值进行比较。最后，我们概述了进一步开发溶液处理2D材料以提高光伏器件性能的路线图。
2021-10-18 physics.app-ph
A new artificial photosynthetic system coupling photovoltaic electrocatalysis with photothermal catalysis
在这项工作中，我们提出了一种新的人工光合范例与平方米（m2）级规模化生产集成光伏电解水裂解装置和太阳能加热CO2加氢装置，成功实现了1个太阳驱动的19.4%的太阳能与化学能源效率（STC）的协同作用，用于CO生产（比现有技术的大型人工光合系统高2.7倍），成本低（相当于报道的人工光合系统的1/7）。1.268 m2规模的室外人工光合示范装置，冬季CO产生量为258.4 L/d，STC为15.5%，可在833天内通过出售CO收回成本。
2022-04-11 physics.app-ph
Enhancement of photovoltaic efficiency by insertion of a polyoxometalate layer at the anode of an organic solar cell
在这篇文章中，Wells-Dawson聚氧乙烯醚K6[P2 W 18 O 62]生长作为铟锡氧化物和聚（3-己基噻吩）（P3 HT）和[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）的体异质结之间的界面层。POM层的结构取决于厚度，并显示出高度各向异性的表面组织。薄膜的特征在于原子力显微镜和X射线光电子能谱学（XPS），以深入了解其宏观组织，更好地了解其电子性能。然后，将它们放置在P3 HT：PCBM有机太阳能电池的阳极界面上，并在光学工作台上进行表征。讨论了在有机光电池的阳极界面处的聚氧乙烯酸盐的益处方面的光伏效率。
2018-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The interesting case of a single-junction solar cell in outer space
在太空中，孤立的单结太阳能电池的温度仅取决于其与环境的辐射交换。我们考虑一个电池的零发射率低于其带隙和团结以上-一个理想化，迄今为止被认为是定义光伏发电转换效率的上限。对于这种情况下，我们表明，详细的平衡和能量守恒定律，管理细胞的温度和潜力，不能相互解决。然而，如果包括有限量的子带隙发射率，则可以确定电池的温度和电势，通过最小化过程的熵产生来找到子带隙发射率的确切量。最后，我们将这一结果推广到与某些环境接触的光伏系统，因此适用于陆地条件。因此，一个通用的热力学公式的光伏效应出现。与以前试图证明PV效应的合理性不同，我们的形式主义适用于工作生产系统。
2021-01-06 physics.app-ph
Ab initio calculation of the detailed balance limit to the photovoltaic efficiency of single p-n junction kesterite solar cells
单结太阳能电池的光伏效率的热力学极限可以使用活性光吸收材料的带隙容易地预测。这种方法忽略了由于非辐射电子-空穴过程引起的能量损失。我们提出了一个实用的从头算程序来确定薄膜太阳能电池的最大效率，同时考虑到辐射和非辐射复合。所需的输入包括依赖于频率的光吸收系数，以及捕获截面和平衡点缺陷的人口。对于气钡石结构的Cu $_2$ ZnSnS $_4$，对于约2.6微米的膜厚度达到辐射极限，其中由于光吸收的效率增益被由于复合电流的增加的损耗抵消。
2021-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Revealing Fundamentals of Charge Extraction in Photovoltaic Devices Through Potentiostatic Photoluminescence Imaging
光电流密度-电压（J（V））曲线是评价光电器件特别是太阳能电池的基本特性。然而，它只产生关于在整个有源器件区域上集成的性能的信息。在这里，一种方法来确定一个空间分辨的光电流图像的电压依赖性光致发光显微镜是从基本原理。通过对III-V族和钙钛矿太阳能电池的研究，研究了这种方法的机会和局限性。这种方法允许实时评估显微镜下分辨的局部J（V）曲线、稳态Jsc以及瞬态效应。此外，测量包含局部电荷提取和界面复合的信息。这有助于识别太阳能电池中的非理想电荷提取区域，并能够将这些区域与处理条件联系起来。所提出的技术强调，结合恒电位测量，发光显微镜原来是一个强大的工具，用于评估性能损失和改善太阳能电池。
2021-10-18 physics.app-ph
Coloured and Semi-Transparent Nanowire-based Solar Cells for Building Integrated Photovoltaics
半透明光伏（ST-PV）提供智能空间解决方案，将太阳能电池集成到已建成的区域。在这里，我们研究了半导体纳米线（NW）作为有前途的ST-PV的潜力。我们进行FDTD模拟不同的PV材料在广泛的阵列几何形状，从我们计算PV性能旁边的感知外观。令人惊讶的是，我们发现光电流和透射率之间的一个不寻常的妥协，作为NW直径的函数，使NW为基础的PV超越非波长选择性ST-PV的理论极限。我们从理论和实验上证明了NW阵列对不同光照条件的鲁棒性。我们提供了卓越的NW阵列几何结构背后的起源，这对于根据特定需求设计基于NW的ST-PV系统至关重要。
2021-07-20 physics.app-ph physics.optics
Voltage-Dependent Photocurrent and Crossover Behavior in Crystalline Silicon Solar Cells
National Institute of Technology (KOSEN), Fukui College（福井国立高等专门学校）
本文重新审视光伏电池中光电流理论，推导出改进的分析表达式，发现光电流包含正向和反向两个组成部分，并通过实验验证了其相互抵消的可能性。
2026-10-27 physics.app-ph
Environmental impact of terwatt scale Si-photovoltaics
将可再生的太阳能转换成电的太阳能光伏发电作为使发电脱碳的措施已经变得突出。与使用传统的不可再生燃料发电相比，该技术的运营碳足迹显著降低。然而，光伏发电的投入运行导致大量排放，这些排放首先进入大气。对硅太阳能电池板制造和安装过程中的隐含能量以及相关二氧化碳排放的分析清楚地表明了其全球变暖潜力。安装10 TWp容量需要150 Exa焦耳的能量，并根据具体的能源组合产生7至13 Gton的排放。颗粒物和其他气体排放以及水消耗将是额外的。这些都是需要开发替代低碳足迹机械制造工艺的重大排放，并清楚地显示了最近预测的太瓦级光催化剂的另一面。
2021-05-28 physics.app-ph physics.soc-ph
Solution Processed Infrared- and Thermo- Photovoltaics based on 0.7 eV Bandgap PbS Colloidal Quantum Dots
利用低能量光子对于多结高效太阳能电池以及对于热光伏应用是至关重要的。然而，具有低于0.8eV的带隙的半导体吸收体已被限制于III-V（InGaAs）或IV（Ge）半导体，其特征在于高制造成本和在其生长和与较高带隙电池集成时的复杂晶格匹配要求。在这里，我们已经开发了基于PbS胶体量子点（CQD）的溶液处理的低带隙光伏器件，其带隙为0.7 eV，适合于热光伏以及低能量太阳能光子收集。通过将这些电池的光谱响应与红外太阳光谱的光谱响应相匹配，我们报告了在全太阳光谱下37 mA/cm 2的创纪录的高短路电流（JSC）和当放置在硅晶片背面时5.5 mA/cm 2的创纪录的高短路电流（JSC），从而分别导致6.4%和0.7%的功率转换效率（PCE）。此外，作为在1000 °C黑体辐射器下记录的热-光电池，该器件达到约6%的以上带隙PCE。
2019-09-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
SolarDesign: An Online Photovoltaic Device Simulation and Design Platform
SolarDesign是一个具有自主知识产权的在线光伏器件仿真与设计平台，通过多物理场与电路级紧凑模型仿真，在保证高精度的同时将速度提升一个数量级以上，并支持量子隧穿、激子解离和离子迁移等新兴电池过程模拟。
2024-12-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
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
Relating Band Edge DOS Occupancy Statistics Associated Excited State Electrons Entropy Generation to Free Energy Loss and Intrinsic Voc Deficit of Solar Cells
该研究将带边 DOS 占据及激发态电子熵与太阳能电池自由能损失和本征 Voc 亏损关联，指出带边 DOS 工程是突破辐射复合损失、优化性能的新维度。
2022-11-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Photo-physics of Hybrid Metal Halide Perovskite Semiconductor Thin Films: Application in Photovoltaic
本研究聚焦混合金属卤化物钙钛矿半导体薄膜的光物理特性，探究其在太阳能电池领域的应用，为相关光伏器件研发提供光物理层面的理论支撑。
2023-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Light Management in Perovskite Photovoltaic Solar Cells: a perspective
光管理（LM）对于金属卤化物钙钛矿太阳能电池在其创纪录的性能竞争中至关重要。在这篇评论中，标准的材料，工艺和光子工程的建立，如主要提高短路电流密度，朝着高能量产量。这些标准被用来分析一个大的面板的解决方案设想在文献中的单结细胞。此外，提出了一种基于对各种可比结构进行严格电磁模拟的观点，以澄清结论，并为进一步提高全钙钛矿双端串联电池的性能铺平道路。
2022-03-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
First-principles prediction into robust high-performance photovoltaic double perovskites A$_{2}$SiI$_{6}$ (A = K, Rb, Cs)
尽管在有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池中获得超过23%的光伏效率，但具有期望带隙的稳定材料是罕见的并且是高度期望的。借助第一性原理计算，我们预测了一类新的无毒无机双钙钛矿（DP），即硅基卤化物A $_{2}$ SiI $_{6}$（A = K，Rb，Cs; X = Cl，Br，I）.该家族含有地球上丰富的Si，可用于钙钛矿太阳能电池（PSC）。特别是A型$_{2}$ Si I $_{6}$具有优良的物理特性，包括0.84-1.15 eV的合适的带隙，分散的下导带，小的载流子有效质量，在可见光范围内的宽光子吸收。重要的是，在高温下的良好稳定性使它们成为有前途的太阳能电池的光吸收剂。
2020-02-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Harvesting Solar Thermal Energy With a Micro-gap Thermionic-Thermoelectric Hybrid Energy Converter: Model Development, Energy Exchange Analysis, and Performance Optimization
我们提出了一个全面的分析，双，微间隙热电-超声波混合能量转换器通过开发一个详细的理论模型的系统。在研究级联系统中的能量流动时，考虑了声子转换中的空间电荷效应和近场效应以及热电转换中的温度效应。在考虑能量平衡条件下，采用自洽迭代算法对系统各部分的温度和能量交换通道进行了量化。该模型被部署来模拟混合动力系统的性能时，由一个恒定的热通量源，这可能是，例如，集中的太阳辐射。太阳辐射强度对组合系统效率的影响，以及热电发电机的性能对从高能级顶部释放的废热的依赖性，用几个例子说明。在此基础上，对混合动力系统进行了性能优化。在这项工作中提出的研究结果提供了有用的见解混合发电机操作。此外，开发的模型可以用作设计工具，用于实际实施这样的混合系统，或用于通过解决反向问题从实验数据中提取材料和设备相关的参数。
2020-06-05 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.comp-ph
Tandem Photovoltaics from 2D Transition Metal Dichalcogenides on Silicon
本文提出一种由TMDC超晶格顶电池与晶体硅底电池组成的叠层光伏结构，通过优化六层MoSe2和40 nm SiO2抗反射层将效率提升至28.96%，较单结硅电池提高5.68%。
2024-09-04 physics.app-ph physics.optics
Optimization of pin GaAs/AlGaAs Heterojunction Nanocone Array Solar Cell based on its Photovoltaic Properties
在本文中，我们已经设计和研究了径向GaAs/AlGaAs pin结纳米锥阵列太阳电池的性能进行耦合光电模拟，以获得最佳的设计配置的基础上，其光伏特性。每个模型进行了比较，其GaAs壳对应不同程度的表面钝化。已经观察到，与具有GaAs壳的纳米锥相比，具有AlGaAs壳的纳米锥具有好得多的性能。AlGaAs壳作为一个强大的障碍，限制大部分的光生的内部GaAs区域，它也作为一个强大的钝化层，减少由于表面效应的复合损失。此外，观察到纳米锥在它们稀疏堆积时实现其最高的光转换效率，具有7-9 nm的恒定i-壳层厚度并且具有5度的倾斜角。这种增强的性能归因于在整个纳米线长度上更有效和扩展的光生作用、强重叠的内置电场和较低的复合损耗。
2022-08-17 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
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
Impact of Semiconductor Band Tails and Band Filling on Photovoltaic Efficiency Limits
太阳能电池的理论最大效率通常由半导体在单位辐射效率的极限中的光吸收和发射的细致平衡以及半导体带边缘处的状态密度和吸收的理想阶跃函数响应（称为肖克利-奎瑟极限）来表征。然而，真实材料具有非突变的能带边缘，其典型特征在于状态的指数分布，称为Urbach尾。在这里，我们开发了一个修改后的细致平衡限制的太阳能电池与不完善的带边，使用光电互易关系。我们发现，对于半导体的带边比热能，kT更宽，有一个有效的重整化带隙内的太阳能电池的准费米能级分裂。这种重整带隙在吸收和光致发光发射能量的开始之间产生斯托克斯位移，这显著降低了最大可实现效率。因此，带边态密度的不稳定性对于最大可实现的光伏效率具有重要意义。
2021-03-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A dynamic picture of energy conversion in photovoltaic devices
对新兴的光致发光器件如有机和钙钛矿太阳能电池的研究最近表明，光生载流子的分离与被照射器件内的非热相干振荡相关。我们认为这个实验证据的光的结果从理论的开放量子系统，点需要一个自振荡的内部电容器，作为一个微观活塞，解释如何照明太阳能电池作为一个自主的热机。我们提出了一个图片的工作提取光伏器件，取代了准静态的描述，在文献中流行。最后，我们认为，这种凝聚态物理和量子热力学之间的对话可能会提供一个新的能量转换器的设计指导。
2019-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.app-ph
Polar or nonpolar? That is not the question for perovskite solar cells
钙钛矿太阳能电池（PSC）是最有前途的下一代光伏技术之一，有机-无机卤化物钙钛矿（OIHP）的极化在光伏转换中的作用引起了人们的极大兴趣。然而，OIHP的极性仍在激烈辩论中。在这篇综述中，我们从理论和实验的角度研究了最近的文献对极性的OIHPs，并认为他们可以是极性和非极性，这取决于组合物，加工和环境。OIHP极性光伏转换的影响进行了讨论，并在回答这些问题的努力继续为我们提供新的见解。在未来，将局部扫描探针与全局宏观测量原位结合将为有趣的宏观现象提供宝贵的微观洞察力，而同步辐射衍射和扫描透射电子显微镜对更稳定的样品可能最终解决这一争论。
2021-06-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Synthesis and characterization of Nanostructured Cobalt Sulphide doped with Dysprosium for photovoltaic application
本文研究了镝掺杂纳米结构硫化钴的电化学合成与表征，发现稀土掺杂显著改变其带隙和光吸收行为，证明其有望用于下一代光伏器件。
2025-03-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Next Generation Quantum Dots Based Multijunction Photovoltaics
光电池（PVc）作为下一代的能源供应者和最大的可再生能源来源。自过去十年以来，提高效率和降低PVC成本一直是科学家们积极研究的主题。材料科学和纳米级工艺过程领域的可喜进展发挥了重要作用。尽管如此，目前在高效和经济的能源方面，光化学面临着许多挑战。然而，因此报道的基于具有不同有机和无机材料的p-n型同质结半导体的光致发光电池通常具有较差的性能。根据现有的文献，胶体量子点具有巨大的性质，如广泛的光吸收，容易电荷分离和传输。为了充分利用到达地球的太阳能的最大部分光谱并进行有效的能源生产，本文介绍了异质结多结方法制备量子点基太阳能电池的完整结构和数值研究。分析了连续离子层在不同非均相界面上的吸附。我们主要集中在改善QDSC的电学和光学性能，通过不同的材料和结构的方法实现。在这里，我们报告了异质结构II型的带对齐工程策略的QDSC接口，显着提高了效率的描述符。在中带太阳能电池（IBSC）的背景下，我们研究了量子点的光学性质和多层聚氯乙烯的应变效应，总结了量子点生长中的应变效应以及导带和价带的局域能带弯曲。
2020-08-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Determining the True Optical Gap in a High-Performance Organic Photovoltaic Polymer Using Single-Molecule Spectroscopy
低带隙共轭聚合物使有机太阳能电池的效率显著提高，这主要是由于它们的红色吸收，这使得可以收集太阳光谱的那一部分。在这里，我们报告了一种原型材料PTB 7的真实光学带隙实际上比以前报道的能量高得多，这表明太阳能电池中这些材料中使用的红色吸收完全是由于链聚集。使用单分子光谱学，我们发现，PL从孤立的纳米聚集体由多个独立发射的发色团。然而，在单分子水平上，观察到具有高度发射偏振的直单链。发现PL的能量高约0.4 eV，具有比红色聚集体更长的寿命，并且归因于单个发色团。我们的研究结果表明，令人印象深刻的光捕获能力的PTB7在红色光谱区完全来自链聚集。
2018-02-13 physics.app-ph physics.chem-ph
Nanoparticulate Metal Oxide Top Electrode Interface Modification Improves the Thermal Stability of Inverted Perovskite Photovoltaics
通过溶剂热胶体合成结合配体交换法制备的溶液处理的γ-Fe 2 O3纳米颗粒用于倒置钙钛矿太阳能电池的顶电极界面修饰。与更传统的顶部电极如PC（70）BM/Al和PC（70）BM/AZO/Al相比，我们表明，γ-Fe 2 O3的掺入提供了替代的溶液处理的顶部电极（PC（70）BM/γ-Fe 2 O3/Al），其不仅导致相当的功率转换效率，而且还改善了倒置钙钛矿光致发光材料的热稳定性。采用PC（70）BM/ γ-Fe_2O_3/Al的倒置钙钛矿太阳能电池在加速热寿命条件下稳定性提高的原因是γ-Fe_2O_3的酸性表面性质和PC（70）BM/ γ-Fe_2O_3/Al顶部电极界面内电荷捕获密度的降低。
2019-11-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Emergence of New Materials for Exploiting Highly Efficient Carrier Multiplication in Photovoltaics
在传统的太阳能电池半导体材料（主要是Si）中，能量高于带隙的光子最初会产生热电子和空穴，随后通过声子发射冷却到带边。由于后一过程，超过带隙的载流子的能量作为热量损失，并且不有助于太阳能到电能的转换。如果多余的能量大于带隙，原则上可以通过称为载流子倍增（CM）的过程来利用，其中单个吸收的光子产生两对（或更多对）电子和空穴。因此，通过CM，高于带隙两倍的光子能量增强了太阳能电池的光电流。在这篇综述中，我们讨论了CM研究的最新进展，在基本的理解，出现新的材料，有效的CM，和CM为基础的太阳能电池的应用。基于我们目前的理解，CM阈值可以接近材料中的带隙的两倍的最小值，其中光子诱导从更深的价带或更高的导带的不对称电子跃迁。此外，材料必须具有低激子结合能和高载流子迁移率，使得光激发直接导致自由电荷的形成，所述自由电荷可以容易地在光伏器件的外部电极处提取。耦合的PbSe量子点、Sn/Pb基卤化物钙钛矿和过渡金属二硫属化物如MoTe 2的渗透网络在很大程度上满足这些要求。这些发现为进一步开发高效光催化新材料指明了前景。
2020-08-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Predicted bulk photovoltaic effect in hydrogenated Zintl compounds
体光伏效应（BPVE）是一种在具有中等带隙的极性非中心对称材料中由太阳光产生净电流的现象。人们正在探索这种效应，以替代传统的pn结太阳能电池，将太阳能转化为电能。本文评估的可能性，氢化锌相化合物仅由金属，类金属，和氢原子，可能能够提供BPVE响应。为此，针对化合物AeTrTtH（Ae = Ca、Sr和Ba; Tr = Al和Ga;以及Tt = Si、Ge和Sn）中的每一个计算BPVE移位电流的幅度。对于这个家庭的氢化Zintl化合物，最大的位移电流响应的预测是高达8倍以上的BiFeO 3计算，并有一个显着的响应低得多的光子能量比BiFeO 3以及。由于带隙低于1 eV，并且该化合物家族的一些成员在高达770 K的空气中表现出稳定性，这些化合物中的一些可以用于光伏器件。
2017-11-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Plasmonic graphene photodetector based on channel photo-thermoelectric effect
我们提出了一种片上CMOS兼容的石墨烯等离子体光电探测器的基础上发生在整个均匀的石墨烯通道的光热电效应（PTE）。所提出的光电探测器结合了长距离介质加载表面等离子体激元（LR-DLSPP）波导与金属条同时作为等离子体激元支撑金属材料和金属电极之一。横向磁（TM）等离子体激元模式的大的平面内分量可以有效地耦合到石墨烯，从而导致整个石墨烯沟道上的大的温度增加，其中最大值位于金属条边缘处。结果表明，在1550 nm的通信波长下，仅用几十μW的输入功率就可以获得超过12000 K的电子温度。即使有诸如石墨烯的熔化温度（T= 4510 K）的限制，在1550 nm的电信波长处也可以实现超过至少200 A/W的响应度。它还表明，在一定的操作条件下，PTE通道光电流可以从光伏和pn结PTE的贡献提供了一种有效的方式，优化整体光电探测器的性能隔离。
2019-10-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Rigorous Treatment of Photon Recycling in Thermodynamics of Photovoltaics: The Case of Perovskite Thin-Film Solar Cells
建立一个严格的理论，光管理的热力学在photopolics，容纳各种损失机制，以及光的吸收和再发射的波光效应是在这方面的贡献。为此，我们提出了一个理论框架来计算的开路电压增强所造成的光子回收（$ΔV^{\mathrm{PR}}_{\mathrm{oc}}$）与严格的波动光学处理。它可以应用于平面薄膜和纳米结构的单结太阳能电池。我们推导出一个明确的表达式$ΔV^{\mathrm{PR}}_{\mathrm{oc}}$，它揭示了它的依赖于内部量子发光效率，寄生重吸收，并对光子逃逸概率的再发射光子。虽然内部量子发光效率是一种固有的材料特性，但对于任意的太阳能电池结构，可以通过三维电动偶极发射计算来严格确定后两个量。我们通过确定光子再循环对传统平面有机金属卤化物钙钛矿薄膜太阳能电池的$V_{\mathrm{oc}}$的影响来证明我们的框架的优势和有效性，并将其与具有完美散射和朗伯光散射的参考案例进行比较。我们的计算揭示了$ΔV^{\mathrm{PR}}_{\mathrm{oc}}$值高达80 mV的情况下考虑的设备堆栈的角度限制和高达240 mV时，逃逸锥以上的细胞被限制为$θ_{\mathrm{out}}=2.5^\circ$周围的细胞正常。这些改进对寄生吸收施加了严格的限制，因为对于相同的角度限制，仅2\%的寄生再吸收概率将$ΔV^{\mathrm{PR}}_{\mathrm{oc}…
2018-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
