Lead Sulphide Nanocrystal: Conducting Polymer Solar Cells
在本文中，我们报告的光伏器件制作的PbS纳米晶体和导电聚合物聚MEH-PPV。这种复合材料是通过一种新的单锅合成法生产的，它解决了与现有方法相关的许多问题。我们的器件在AM1.5照明下的白光功率转换效率为0.7%，单波长转换效率为1.1%。此外，他们表现出非常好的理想因素（n=1.15）。我们的测量表明，这些复合材料作为软光电材料具有巨大的潜力。
2004-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Perovskite-perovskite tandem photovoltaics with optimized bandgaps
我们展示了四端和二端钙钛矿-钙钛矿叠层太阳能电池，具有理想匹配的带隙。我们开发了一种红外吸收1.2eV带隙钙钛矿，$FA_{0.75}Cs_{0.25}Sn_{0.5}Pb_{0.5}I_3$，可以提供14.8%的效率。通过将该材料与较宽带隙的$FA_{0.83}Cs_{0.17}Pb(I_{0.5}Br_{0.5})_3$材料组合，我们在超过1.65伏的开路电压下达到了17.0%的单片两端串联效率。我们还制造了机械堆叠的四端串联电池，并获得了20.3%的效率。至关重要的是，我们发现我们的红外吸收钙钛矿电池表现出优异的热稳定性和大气稳定性，这对于Sn基钙钛矿来说是前所未有的。这种器件架构和材料组合将使“全钙钛矿”薄膜太阳能电池能够以最低的成本长期达到最高的效率。
2017-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Design and Modeling of CdGa2Te4 and ZnGa2Te4 Chalcogenide Compound-Based Photovoltaic Devices: A DFT Study along with SCAPS-1D Simulation
通过DFT和SCAPS-1D模拟研究CdGa2Te4和ZnGa2Te4硫族化合物光伏器件，优化厚度与缺陷密度，实现最高18.46%和17.35%的效率。
2025-10-18 cond-mat.mtrl-sci
In-Line Post-Process Scribing for Reducing Cell to Module Efficiency Gap in Monolithic Thin Film Photovoltaics
电池和组件效率之间的差距是所有光伏（PV）技术的主要挑战。对于单片薄膜PV模块，该间隙的很大一部分归因于分布在模块上的寄生分流和其他缺陷。在本文中，我们表明，它是可能的，包含或隔离这些分流缺陷，使用最先进的激光划片工艺，在制造的串联模块完成后。我们讨论了三种可能的替代方案，并量化每种技术的性能增益。我们证明，使用这些技术，它是可能的，以恢复高达50%的功率损失的寄生分流，这导致在1-2%（绝对）的典型的薄膜光伏技术的模块效率增加。
2013-07-04 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Towards unification of perovskite stability and photovoltaic performance assessment
随着钙钛矿光伏材料（PV）的快速发展，进一步的挑战出现，以满足商业部署所需的最低标准。随着推动更高的效率，我们确定需要提高报告的研究数据的质量和一致性，并集中精力了解和克服操作过程中的故障。从这个角度来看，作为一个大型的和代表性的研究人员在这一领域的活跃联盟，我们讨论哪些方法需要特别注意，并发出一系列的建议，以改善研究实践和报告。
2020-04-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Surface Physics of Low-Dimensional Pnictogen Chalcohalides and Its Impact on Photovoltaic Technologies
Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学）；Research Center in Multiscale Science and Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学多尺度科学与工程研究中心）
本研究通过第一性原理计算和器件模拟，揭示低维磷族硫卤化物表面取向对带边对齐及电荷提取的关键影响，为提升MChX太阳能电池效率提供新设计原则。
2026-10-08 cond-mat.mtrl-sci
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
Modeling of heterojunction photovoltaic cells based on ZnO nanowires array and earth-abundant cuprous oxide absorbers
作为一种潜在的解决方案，低成本的高效太阳能电池，径向结组成的ZnO纳米线阵列嵌入在Cu 2 O薄膜已被理论建模。已经进行了计算以探索这种基于线的太阳能电池的性能的几何依赖性。通过适当地设置材料特性和电池尺寸，在少子扩散长度为2 μm的材料中，可以获得19.7%的合理的功率转换效率。还研究了体、界面和接触相关状态对太阳能电池性能的不利影响，从中提取了一系列材料的效率在~22%和~12%之间，从最佳到严重劣质。研究结果表明，合理的器件设计在实现高效的Cu 2 O/ZnO线径向结太阳能电池中起着至关重要的作用。
2011-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantitative determination of optical and recombination losses in thin-film photovoltaic devices based on external quantum efficiency analysis
在开发具有高效率的光伏器件时，载流子损耗的定量测定是至关重要的。然而，在传统的太阳能电池表征技术中，不能容易地评估源自光吸收器内的寄生光吸收和载流子复合的光电流减少。在这里，我们开发了一个通用的分析方案，在亚微米织构太阳能电池的光学和复合损耗进行了系统的评估，从外部量子效率（EQE）光谱。在该方法中，首先通过在吸收光谱计算中引入抗反射条件来推导太阳能电池中的光吸收，然后通过考虑从吸收层界面开始的载流子收集长度来模拟从光吸收层中的载流子提取。我们的分析方法适用于各种各样的光伏器件，包括锌黄锡矿太阳能电池[Cu2ZnSnSe4，Cu2ZnSnS4和Cu2ZnSn（S，Se）4]，锌碲镉太阳能电池，和混合钙钛矿（CH3NH3PbI3）太阳能电池，并提供了良好的拟合许多EQE光谱之前报道。基于我们的EQE分析结果，我们讨论了寄生吸收和载流子复合在不同类型的太阳能电池的影响。
2016-08-17 cond-mat.mtrl-sci
A figure-of-merit-based framework to evaluate photovoltaic materials
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
提出基于品质因数的框架评估光伏材料，纳入经典方法未涵盖的效率限制，计算多种光伏吸收体的效率限制，揭示早期吸收体未来效率潜力差异，该因数可用于闭环研究及搭建材料特性与效率的定量桥梁。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
Do ultrafast exciton-polaron decoherence dynamics govern photocarrier generation efficiencies in polymer solar cells?
全有机基光伏太阳能电池由于其低成本加工和短的能量回收期而引起了相当大的关注。在这样的系统中，光激发到一对光载流子的初级解离最近已被证明是非常迅速和有效的，但这仍然是不清楚的物理原因。在这里，二维光电流激发光谱，一种新的非线性光学光谱，是用来探测超快相干衰减的光激发到电荷产生状态的聚合物：富勒烯为基础的太阳能电池。二维光电流谱解释通过引入一个理论模型的描述的电子状态的耦合系统的外部环境和所施加的激光场。实验数据表明，在二维光电流谱中没有交叉峰，正如模型预测的激子和光电流产生态之间的相干时间为20 fs或更小。
2016-02-15 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
Lessons from Chalcopyrites for Scaling Thin Film Perovskite Photovoltaic Technology
本文借鉴CIGS薄膜光伏的商业化经验，指出钙钛矿太阳能电池需在稳定性、规模化及工业协调方面吸取教训，以实现可持续发展。
2025-09-07 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
Micro-transfer printing high-efficiency GaAs photovoltaic cells onto silicon for wireless power applications
在这里，我们报告了高效微型GaAs激光功率转换器的开发，以及它们在硅衬底上的成功转印，为植入式电子设备，自主系统和物联网应用提供了独特的，高功率，低成本和集成的电源解决方案。我们提出了300 μm直径的单结GaAs激光功率转换器，并成功地展示了这些设备的转移印刷到硅使用PDMS印章，实现光功率转换效率分别为48%和49%，在35和71 W/cm 2的808 nm的激光照明。转移的器件涂覆有ITO以增加电流扩散，并且显示出能够在141 W/cm 2的照明强度（~1400太阳）下处理高达70 A/cm 2的非常高的短路电流密度，而它们的开路电压达到1235 mV，超过了转移前器件的值，表明存在光子再循环。这些光功率源可以为有线电源不可选的位置的传感器和系统提供瓦特的功率，同时使用大规模并行，可扩展和低成本的制造方法来集成不同的材料和设备。
2020-05-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
First-principles analysis of the efficiency of photovoltaic layers for CuAu-like chalcogenides and silicon
黄铜矿半导体作为薄膜光电池中的吸收层的应用是相当感兴趣的。然而，当生长这些化合物的膜时，它们经常被发现含有CuAu样域，黄铜矿的亚稳相。据报道，对于CuInS 2，CuAu样相的存在改善了黄铜矿基光电池的短路电流。我们调查的热力学稳定性的两个阶段的选定清单的I-III-VI 2材料使用第一性原理密度泛函理论的方法。对于CuIn-VI 2化合物，黄铜矿和CuAu-样相之间的形成能的差异被发现接近2毫电子伏/原子，表明存在CuAu-样域的可能性很高。接下来，我们计算了CuAu类相的光谱极限最大效率（SLME），并将结果与相应的黄铜矿相的结果进行了比较。我们确定了几个候选人具有高效率，如CuAu类CuInS 2，我们获得了29%的SLME在500 nm的厚度。我们观察到，SLME可以有以上的肖克利-奎瑟（SQ）限制的值，并表明，这可能会发生，因为SQ限制假设的吸收率是一个阶梯函数，从而高估了辐射复合的细致平衡的方法。这意味着，在此框架内，可以简单地通过利用吸收光谱计算J-V特性来找到更高的理论效率。最后，我们通过研究硅将我们的SLME分析扩展到间接带隙吸收体，并发现SLME很快高估了间接带隙材料的反向饱和电流，大大降低了它们的计算效率。
2016-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Defect-Limited Efficiency of Pnictogen Chalcohalide Solar Cells
Harvard University Center for the Environment（哈佛大学环境中心）；Imperial College London（帝国理工学院）；Ewha Womans University（梨花女子大学）；University of Birmingham（伯明翰大学）
研究揭示了pnictogen chalcohalide太阳能电池中缺陷化学是效率限制的关键因素，提出通过富chalcogen合成条件和靶向阴离子取代来缓解有害空位。
2025-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Understanding and Minimizing $V_{OC}$ Losses in All-Perovskite Tandem Photovoltaics
全钙钛矿叠层太阳能电池以低成本保证高光伏性能。然而，到目前为止，它们的效率无法与传统的无机多结太阳能电池竞争，并且与隔离单结器件的预期相比，它们通常表现不佳。了解全钙钛矿串联太阳能电池的性能损失是加速进步的一个关键方面。在这里，我们进行了广泛的选择性表征的各个子细胞解开这些串联设备中的不同损耗和限制因素。我们发现，在我们的基线系统中，以及在大多数文献报道中，在高间隙子电池的非辐射损失占主导地位的整体复合损失。我们通过多方面的方法连续改进高能隙钙钛矿子电池，使我们能够将子电池的开路电压（$V_{OC}$）提高高达120 mV。由于我们首次在全钙钛矿串联中采用的（准）无损氧化铟互连，在高带隙钙钛矿中实现的$V_{OC}$改进直接转化为改进的全钙钛矿串联太阳能电池，其具有2.00 V的冠军$V_{OC}$和23.7%的稳定效率。当分别从电致发光和光致发光确定时，我们优化的全钙钛矿串联的效率潜力达到25.2%和27.0%，这表明实验装置中钙钛矿和传输层之间存在显著的传输损耗以及不完美的能量对准。考虑到在隔离的钙钛矿层上使用光致发光测量的两种吸收剂的整体质量，进一步改进到28.4%是可能的。因此，我们的见解不仅显示了一个优化的例子，但一个可推广的基于证据的策略，利用光学子细胞表征优化。
2022-07-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
The Reemergence of Selenium Solar Cells
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
本文综述了硒作为光伏材料的复兴，分析了其在薄膜太阳能电池中的性能提升及挑战，探讨了材料特性和光电特性，提出了未来发展的方向。
2026-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Azetidinium Lead Iodide for Perovskite Solar Cells
杂化有机-无机钙钛矿已被确立为新兴光致发光的良好候选材料，据报道器件效率超过22%。目前只有两种有机阳离子，甲基铵和甲脒，它们产生具有适合光伏器件的带隙的3D钙钛矿。许多计算研究已经将氮杂环丁烷钥鉴定为用于合成有机-无机钙钛矿的潜在的第三阳离子，但是迄今为止还没有公开含氮杂环丁烷钥的钙钛矿的实验报告。在这里，我们首次制备了氮杂环丁烷碘化铅，并表明它是一种稳定的亮橙色材料，可以成功地用作太阳能电池的吸收层。我们还表明，它是可能的，使混合阳离子装置通过添加氮杂环丁烷阳离子甲基铵碘化铅。与甲基铵碘化铅电池相比，混合的氮杂环丁烷鎓-甲基铵电池显示出改善的性能和降低的滞后。
2017-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Organic-inorganic Copper(II)-based Material: a Low-Toxic, Highly Stable Light Absorber beyond Organolead Perovskites
卤化铅钙钛矿太阳能电池由于其优异的功率转换效率而最近成为非常有前途的光伏技术;然而，铅的毒性和钙钛矿材料的稳定性差仍然是需要解决的两个主要挑战。在这里，我们首次报道了一个无铅的，高度稳定的C6 H4 NH 2CuBr 2 I化合物。C6 H4 NH 2CuBr 2 I薄膜表现出非常好的疏水性，接触角约为90 °，其X-射线衍射图谱在浸泡4小时后仍保持不变。UV-Vis吸收光谱表明，C6 H4 NH 2CuBr 2 I化合物在整个可见光谱范围内具有良好的光吸收。我们将这种铜基光吸收剂应用于可印刷介观太阳能电池中进行初步试验，并实现了0.5%的功率转换效率。我们的研究代表了一种替代途径，以开发低毒性和高稳定性的有机-无机杂化材料的光伏应用。
2017-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Band Versus Polaron: Charge Transport in Antimony Chalcogenides
硫化锑（Sb 2S 3）和硒化物（Sb 2Se 3）是新兴的用于光伏应用的地球丰富吸收剂。太阳能电池的性能很大程度上取决于载流子传输特性，但这些在Sb 2 X 3中仍然知之甚少。在这里，我们报告的带状传输在Sb 2 X 3通过调查的电子晶格相互作用和载流子迁移率的理论极限，使用第一性原理密度泛函理论和玻尔兹曼输运计算。我们证明了Sb 2X 3中的输运是由具有中等Fröhlich耦合常数（~ 2）、大极化子半径（延伸到几个晶胞）和高载流子迁移率（电子和空穴的各向同性平均值> 10）的大极化子控制的。室温迁移率本质上受到极性声子模式散射的限制，并且在高度缺陷的样品中进一步降低。我们的研究证实了Sb 2X 3太阳能电池的性能不受本征自陷的限制。
2022-08-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Optical properties of TiS$_3$ as a novel thin film for single-junction and tandem solar cells
本研究通过激发态密度泛函计算与转移矩阵法评估了新型亚微米TiS$_3$薄膜在柔性光伏器件中的光学性质，发现其单结电池效率约22%，叠层电池效率约18%至33%，证明其作为高效柔性太阳能电池有源层的巨大潜力。
2025-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Ligand Dependent Oxidation Dictates the Performance Evolution of High Efficiency PbS Quantum Dot Solar Cells
硫化铅（PbS）量子点（QD）光致发光材料已经达到了令人印象深刻的12%的效率，使它们在未来的应用中特别有前途。与许多其他类型的新兴光伏器件一样，它们的环境不稳定性仍然是这项技术的致命弱点。在这项工作中，我们证明了暴露于含氧环境中的PbS量子点的降解过程与配体的选择密切相关，而不是它们的固有特性。特别是，我们证明，虽然1，2-乙二硫醇（EDT）配体导致显着的氧化的PbS，碘化铅/溴化铅（PbX 2）涂覆的PbS量子点没有显示氧化或降解的迹象。因此，由于前者普遍用作QD太阳能电池中的空穴提取层，因此它主要负责器件性能的演变。EDT-PbS量子点的氧化导致有效量子点尺寸显著减小，这引发了两个竞争过程：增强电子阻挡的改进的能量对准，但降低了通过层的电荷传输。在早期，前一个过程占主导地位，导致通常报告的，但到目前为止还没有完全解释的性能的初始增加，而后者支配的光伏性能的退化和恶化的开始。我们的工作突出了PbS量子点太阳能电池的稳定性可以通过适当选择所有器件组件的配体来显著增强。
2020-07-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multiscale approaches to high efficiency photovoltaics
虽然可再生能源在全球范围内实现了平价，但随着太阳能电池接近极限效率，实现更高太阳能电池效率的努力变得越来越困难。所谓的第三代概念试图通过新颖的物理过程和有机和无机系统中的新材料和概念的结合来突破这一限制。半经验建模在该领域的一些例子进行了审查，特别是多光谱太阳能电池的硅（法国ANR项目MULTISOLSI）。他们的成就概述，这些方法的局限性。这介绍了这方面的贡献，这是使用多尺度的实验和理论技术，超越这些系统的半经验的理解的主要议题。这种方法已经导致了建模的巨大进步，导致了广为人知的建模软件。然而，对该主题的调查揭示了跨学科的努力的碎片化，首先，如有机和无机领域，但也有高效率的概念，如热载流子电池和中间带的概念。我们将展示如何通过跨长度尺度、跨实验和理论领域以及最后跨材料系统的跨学科合作来解除这种解决实际研究障碍的障碍。我们提出了一个欧洲COST行动MultiscaleSolar在2015年初启动，它汇集了实验和理论合作伙伴，以发展有机和无机材料的多尺度研究。这种碎片整理和跨学科合作的目标是发展跨长度尺度的理解，这将使第三代概念的全部潜力在实践中得到评估，用于社会和工业应用。
2015-11-15 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Designing III-V Multijunction Solar Cells on Silicon
单结Si太阳能电池主导光电转换，但接近其效率极限。本文提出了理想的限制效率的串联和三结多结太阳能电池仅受硅带隙的约束，因此建议最佳的电池结构离开单结的理想。III-V族材料的使用被认为是，使用一种新的生长方法，能够产生低缺陷密度的III-V族层的Si。为了评估这些建议的多结设计的真正潜力，提出了一个定量模型，其强度是使用相同的参数的外部量子效率和电流-电压特性的联合建模。该方法产生一个单一的参数拟合的Shockley-Read-Hall寿命。该模型的拟合实验数据的外部量子效率，暗电流，和转换效率的世界纪录的串联和三结电池在地面太阳光谱无浓度。我们将此定量模型应用于串联和三结太阳能电池的设计，产生的电池设计能够达到效率，而最好的串联电池的浓度为32%，最好的三结电池的浓度为36%。这表明，在不使用聚光光学器件的情况下，实际上可以实现世界纪录的百分之几的效率，并且正在开发用于结合III-V和Si材料的多结电池的生长方法。
2013-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Ultra-long charge carrier recombination time in methylammonium lead halide perovskites
金属卤化物钙钛矿（MHP）由于其优异的光伏特性而在太阳能电池中具有潜在的应用前景。近年来，基于MHP的太阳能电池的功率转换效率从最初的几个%迅速提高到单结器件的25%以上。因此，考虑到其低成本和易于制造，基于MHP的太阳能电池已成为发展最快的光伏技术。在这方面，最近的许多工作主要是基于甲基铵MHP的吸收剂材料，例如MAPbX $_3$，其中MA=CH $_3$ NH $_3$，X=Cl、Br和I。在这里，我们提出了在$4$至$290\ \text{K}$的非常宽的温度范围内对三种母体MAPbX $_3$的各种晶型进行的非接触式时间分辨光电导测量的结果，即，MAPbCl $_3$、MAPbBr $_3$和MAPbI $_3$。这种方法是通过使用一个高品质因数（Q）的微波谐振器，它与市售的微波桥配备了自动频率控制（AFC）和氦气流低温恒温器合作。
2022-08-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
How Good Can 2D Excitonic Solar Cells Be?
激子半导体已经成为光伏应用的研究主题数十年。其中，基于有机聚合物和小分子的太阳能电池目前的功率转换效率（PCE）已超过19%。随着有机光伏材料（OPV）的日益成熟，二维过渡金属二硫属化物（TMDC）等强激子无机半导体材料的出现，由于其高的光学常数、稳定的无机结构和亚nm的薄膜厚度，激发子太阳能电池的研究又重新受到人们的关注。虽然已经发布了几份关于基于TMDC的PV的报告，但在一个太阳AM1.5G照明下实现高于6%的功率转换效率仍然具有挑战性。在这里，我们进行了全面的光学和电子分析的设计，结构和性能的单层TMDC为基础的，单结激子PV。我们的计算模型与优化性能预测的PCE为9.22%的超晶格器件结构。我们的分析表明，虽然二维激子太阳能电池的PCE可能被限制在<10%，但我们提出的设计可以实现> 100 W g-1的比功率，使它们在航空航天，分布式遥感和可穿戴电子产品中具有吸引力。
2023-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Chalcogen Vacancies Rule Charge Recombination in Pnictogen Chalcohalide Solar-Cell Absorbers
本研究通过第一性原理计算揭示BiSeI中硒空位是高浓度非辐射复合中心，限制效率至24%，提出阳离子贫乏合成和阴离子替代缓解策略，并预测BiSBr更优。
2025-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Methanofullerene Elongated Nanostructure Formation for Enhanced Organic Solar Cells
使用透射电子显微镜（TEM）和Z-对比度成像，我们已经证明了通过退火在有机宿主内富勒烯衍生物[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯（PCBM）的细长纳米结构的形成。退火提供了PCBM分子的增强的移动性，并且具有良好的初始分散，允许在聚合物主体内形成夸大的晶粒生长。我们组装这些纳米结构内的区域规则的共轭聚合物聚（3-己基噻吩）（P3 HT）。这种PCBM细长纳米结构的形成可能是在退火的光致发光材料中在非常低的PCBM负载量（1：0.6，聚合物与PCBM）下观察到的非常高的效率的原因。此外，我们的高分辨率TEM和电子能量损失谱研究清楚地表明，PCBM晶体保持结晶状态，不受200 keV电子束的影响
2007-04-27 cond-mat.mtrl-sci
Transport resistance dominates the fill factor losses in record organic solar cells
本文指出传输电阻导致的低填充因子是高效有机太阳能电池的核心瓶颈，详细阐述了其成因、材料特性、实验量化方法及未来最小化电荷收集损失的策略。
2024-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Structure-function relationships of fullerene esters in polymer solar cells: unexpected structural effects on lifetime and efficiency
我们报告的传输测量和光谱数据的聚合物/富勒烯共混物photoprophics使用一个小库的富勒烯酯相关的设备性能与一系列的功能和结构多样性的酯取代基。我们观察到，微小的结构变化可能导致器件效率和寿命的显着差异。令人惊讶的是，我们已经发现，在我们所研究的富勒烯酯基器件中的异构R基团具有非常不同的效率。来自运输和光谱测量的特征寿命一般是可比的，但是在特定的富勒烯酯中没有观察到一些更快的效果。我们的研究结果支持使用库的方法来优化这些系统中的设备性能。
2015-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Triplet Excitons and associated Efficiency-Limiting Pathways in Organic Solar Cell Blends based on (Non-) Halogenated PBDB-T and Y-Series
在过去的几年里，有机光催化剂（OPV）的巨大进步主要是通过非富勒烯受体（NFA）的开发实现的，现在的功率转换效率接近20%。为了进一步提高器件性能，必须识别并最小化损耗机制。已知三重态会对器件性能产生不利影响，因为它们可以在导致非辐射损失或甚至器件退化的低位态上形成能量捕获的激子。OPV材料的卤化长期以来一直用于定制能级和提高开路电压。然而，对三重态激子的复合的影响在很大程度上尚未被探索。使用互补的自旋敏感的方法的光致发光检测的磁共振（PLDMR）和瞬态电子顺磁共振（trEPR）证实的瞬态吸收和量子化学计算，我们解开激子路径在OPV共混物采用聚合物供体PBDB-T，PM 6和PM 7与NFA Y 6和Y 7。所有的共混物揭示三重态激子的NFA上填充通过非孪空穴背转移，并在与卤化供体的共混物中，还通过自旋-轨道耦合驱动的系间交叉。在所有测试的太阳能电池吸收剂膜中识别这些三重态形成途径突出了改进电荷产生以进一步增加平稳OPV效率的未开发潜力。
2023-01-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Fullerene-Based Transparent Solar Cells with Average Visible Transmission Exceeding 80%
透明光伏（TPV）器件作为智能窗在建筑和农业领域具有巨大的应用潜力。近年来，TPV的效率快速增长，冠军效率甚至超过10%。然而，在平均可见光透过率（AVT）达到73%之后，透明性仍然难以进一步提高。TPV装置的每个组件将影响TPV的透明度。迄今为止，尚未报道AVT超过80%的TPV。在这项工作中，我们描述了基于富勒烯的高透明太阳能电池。CuSCN/C60异质结被用作有效的光吸收体。通过优化富勒烯薄膜的厚度和引入高透明电极，TPV的AVT高达82%，而器件效率高于0.3%。该研究为制备高透明TPV器件提供了一条新的途径。
2021-05-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Silica Aerogel Thin Film on Improving Solar Cell Efficiency
本文研究常压合成的疏水性二氧化硅气凝胶薄膜作为减反射涂层，通过改善光捕获提升单晶硅太阳能电池的电荷传输与转换效率，验证了其经济有效地提高硅光伏性能的潜力。
2025-02-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.app-ph
Precise Control of Process Parameters for >23% Efficiency Perovskite Solar Cells in Ambient Air Using an Automated Device Acceleration Platform
本文利用全自动设备加速平台在环境空气中系统优化两步法制备钙钛矿太阳能电池的八项工艺参数，揭示滴加速度通过调控残余PbI2含量影响性能，并建立标准操作程序，实现效率超过23%且光热稳定性优异的器件。
2024-03-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Sub-0.6 eV Inverted Metamorphic GaInAs Cells Grown on InP and GaAs Substrates for Thermophotovoltaics and Laser Power Conversion
本研究在InP和GaAs衬底上制备了带隙低于0.6 eV的倒置变质GaInAs光伏转换器，通过优化缓冲层降低位错密度，实现了高效热光伏和激光功率转换，峰值效率分别达24.0%和36.8%。
2023-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A General Approach to High Efficiency Perovskite Solar Cells by Any Antisolvent
抗溶剂工程法制备钙钛矿薄膜是钙钛矿光致发光研究中最常用的方法之一。在此，我们报告了一种通用方法，该方法允许通过任何反溶剂通过操纵反溶剂应用率来制造高效的钙钛矿太阳能电池。通过对14种不同反溶剂制备的钙钛矿层进行详细的结构、组成和微观结构表征，我们确定了影响钙钛矿活性层质量的两个关键因素：有机前体在反溶剂中的溶解度及其与钙钛矿前体溶液的主溶剂的相容性。根据这两个因素，每种反溶剂都可以用于生产高性能器件，达到超过21%的功率转换效率（PCE）。此外，我们证明，通过采用最佳的反溶剂应用程序，高效的太阳能电池可以制造从广泛的前体化学计量，无论是一个显着过量或不足的有机碘化物。
2021-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Fully atomic layer deposited transparent carrier selective contacts for bifacial Cd-free Cu2ZnSnSe4 thin-film solar cells
本文用全ALD沉积的ZnO/AZO和V2Ox透明接触替代有毒CdS，并引入PEI偶极层，制备出效率达3.5%的双面无镉Cu2ZnSnSe4薄膜太阳能电池。
2025-07-21 cond-mat.mtrl-sci
The role of triplet excitons in enhancing polymer solar cell efficiency: a photo-induced absorption study
在聚合物主链中包含重金属原子允许在单重态和三重态流形之间的跃迁。三重态激子的界面解离构成了用于增强基于聚合物异质结的太阳能电池中的光伏（PV）效率的可行机制。利用具有微量Pd原子的梯形聚（对苯撑）聚合物（PhLPPP）和富勒烯衍生物（PCBM）的聚合物太阳能电池的PV效率远高于其对应物（MeLPPP），其中没有Pd原子。证据是提出的形成弱基态电荷转移复合物（CTC）的聚合物和PCBM的共混膜，使用光诱导吸收（PIA）光谱。MeLPPP：PCBM中的CTC状态具有单线态特征，导致辐射复合。相比之下，PhLPPP：PCBM中的CTC状态更具有三重态特征。在PIA中，在PhLPPP：PCBM共混物中观察到在1.65 eV处的吸收峰，该吸收峰可以转化为弱束缚极化子对，有助于提高PV效率。
2009-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced Organic Solar Cells Efficiency through Additive Electronic and Electro-optic Effects Resulting from Doping a Polymer Hole Transport Layer
我们证明了在PEDOT：PSS空穴传输层（HTL）中共混氟化分子诱导电荷转移，这影响有机光伏（OPV）器件内的电荷提取和光生作用。用改性HTL和两种光活性聚合物共混物制造的OPV系统地导致功率转换效率（PCE）增加，其中PTB 7：PC70BM共混物表现出约8.3%的PCE，即与原始HTL器件相比约15%的增加。当使用氟化添加剂来改性PEDOT：PSS时，还注意到降低的器件间特性变化。阴影光HTL的效果，我们表明，聚合物的形态：PCBM共混物仍然令人惊讶地不受氟化HTL表面能，但相反，OPV的影响不仅由HTL的电子性能（功函数，偶极层，开路电压，电荷转移动态），但也通过改变的复杂的折射率（光生，短路电流密度，外部量子效率，电光建模）。这两种机制都起源于电子束诱导的电荷转移。这项工作指出，作为一个有前途的战略，结合外部量子效率调制和功率转换效率提高OPV。电荷转移还可以更广泛地用于调节光学常数和电场分布，以及减少OPV内的界面电荷复合。
2016-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Towards a single-junction non-concentrator metal halide perovskite hot carrier solar cell: review of current gaps and opportunities in understanding slow hot carrier cooling
Gabriel Man och Partners AB（Gabriel Man 与合作伙伴有限公司）；Man Labs Technologies LLC（Man 实验室科技有限公司）
本文回顾了单结非聚光金属卤化物钙钛矿热点载流子太阳能电池的研究现状，探讨了理解慢速热点载流子冷却的不足及改进方法。
2026-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Efficiency of Intermediate-Band Solar Cells Based on Non-Compensated n-p Codoped TiO2
作为开发下一代太阳能电池的一个有吸引力的概念，中间带太阳能电池（IBSC）有望大幅提高光伏转换的量子效率。然而，迄今为止，一个长期的挑战在于缺乏适合于发展IBSC的材料。最近，一种新的掺杂方法，称为非补偿n-p共掺杂，已被提出来构建中间带（IB）的本征能带隙的氧化物半导体，如TiO $_2$。我们从理论上探讨了两种不同设计方案下基于非补偿n-p共掺杂TiO $_2$的IBSC的最佳量子效率。第一个保持了没有电流从IB提取的理想条件。共掺杂TiO $_2$的最大量子效率可达52.7%。在第二种方案中，电流也从IB中提取，导致最大效率进一步提高到56.7%。我们的发现也放宽了IB位置接近最佳值的严格要求，使得实现具有高量子效率的IBSC更加可行。
2012-09-13 cond-mat.mtrl-sci
What Photocurrent Versus Effective Voltage Tells Us About Charge Generation in Organic Solar Cells
Swansea University（斯旺西大学）；Åbo Akademi University（奥布阿尔托大学）
本研究指出有机太阳能电池光电流-有效电压曲线无法反映激子解离概率与自由电荷生成效率，经漂移-扩散模型及实验验证，该表观概率实际对应短路电荷收集效率，建议勿在高效非富勒烯体系中使用该方法。
2026-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Numerical Simulation of Lead-Free Absorbers in 2D Dion-Jacobson Phase Perovskite Solar Cells Using SCAPS-1D: Towards 41% Efficiency
本研究通过SCAPS-1D模拟评估七种无铅吸收层材料在2D Dion-Jacobson相钙钛矿太阳能电池中的性能，优化后Sb2Se3和CZTSSe效率达41%左右，MZO可替代FTO，为无铅光伏技术提供材料选择框架。
2025-08-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
