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
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
Plasmonic Metamaterial Perovskite Solar Cells: Fundamental Tradeoffs, Limitations, and Opportunities
在钙钛矿活性层内分散等离子体纳米颗粒（NP）是否可以提高太阳能电池的效率是一个长期存在的问题。众所周知，由于偶极局域表面等离子体共振（LSPR，也称为天线效应），在有源层中包含金属NP可以提高它们周围的周围近场强度，这可以增加太阳能电池的光吸收。然而，在钙钛矿太阳能电池中使用等离子体纳米颗粒几乎没有报道，并且不知道与纯钙钛矿对应物相比，将等离子体纳米颗粒插入钙钛矿活性层是否产生任何性能优势。我们探讨了等离子体超材料钙钛矿太阳能电池的基本和实际限制，通过应用有效介质理论和细致平衡分析。我们的研究结果表明，通过分散的等离子体纳米颗粒增加钙钛矿的有效折射率原则上可以提高太阳能电池的性能。
2018-12-17 physics.app-ph physics.optics
Photosensitivity and reflectivity of the active layer in Tamm plasmon polariton based organic solar cell
本文提出了一种基于Tamm等离子体激元极化子的有机太阳能电池模型，该极化子位于掺杂有等离子体激元纳米颗粒的有源层和多层膜反射镜的边界处。结果表明，与优化的平面太阳能电池相比，有源层中的积分吸收可以增加10%。
2020-02-28 physics.app-ph physics.optics
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
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
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
Photonically-confined solar cells: prospects for exceeding the Shockley-Queisser limit
Shockley-Queisser（SQ）极限是由W. Shockley和H. J. Queisser在1961年提出的效率极限是单结光伏太阳能电池最完善的基本效率极限。对于广泛研究的半导体，如Si，GaAs和铅卤化物钙钛矿，在标准太阳照明（1太阳）下的SQ限制分别为32.7%，32.5%和31%的带隙为1.12 eV，1.43 eV和1.55 eV，分别。在这里，我们提出，单结太阳能电池的基本效率限制可以通过光子限制，大大提高理论极限为49%，45.2%和42.1%的硅，砷化镓和甲基铵碘化铅（MAPbI 3）钙钛矿电池下1太阳。这种增强是可能的，通过包含在太阳能电池内的发光光子，允许抑制非辐射和辐射复合损失，这被认为是不可避免的经典SQ模型。重要的是，限制太阳能电池的光子发射将开路电压（VOC）提高到接近半导体带隙的值，超过SQ模型预测的理论VOC值。单元的填充因子预计将大幅增加，从而导致具有非常高的矩形度的电流-电压特性，以实现理想的二极管操作。我们的工作介绍了一个新的框架，以提高太阳能电池的性能超出传统的限制。
2021-06-08 cond-mat.mes-hall 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
Photon Management for Silicon Solar Cells featuring Hole-Selective Molybdenum Oxide Rear Contacts: An Optical Simulation Study
钝化的空穴选择性接触在通过降低太阳能电池背面中的电子浓度来减少表面复合方面起重要作用。然而，这些接触中的寄生光学损耗仍然会限制电池的性能。在这项工作中，长波长的光损耗的硅太阳能电池具有空穴选择性氧化钼（MoOx）后接触的光学模拟研究。这些选择性接触的可能增强的光生电流密度的潜力也进行了研究，其与纳米结构的介电层的使用。
2019-07-15 physics.app-ph physics.optics
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
Radiative tunneling and plasmon-phonon interaction in InP nanowire solar cell
该研究在低温InP纳米线太阳能电池中观测到辐射隧穿复合，并借助特征隧穿能量将其与场发射输运关联，同时揭示等离激元–声子相互作用对电池性能的重要影响。
2023-06-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-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
Diffusive external light-trap for solar cells
吸收光的能力是高效太阳能发电不可或缺的。这对太阳能电池的结构提出了相互矛盾的要求：一方面，它需要有厚的活性层来吸收更多的可用阳光，而另一方面，它需要更薄的活性层来更好地传输电荷。这种困境阻碍了任何半导体实现其作为太阳能电池材料的全部潜力。最近，外部光阱已经成为一个具有成本效益的解决方案，通过能够解耦的光学从电池中的发电过程的电子方面的这种困境。本文研究了具有漫射内反射壁的外部光阱的有效性。结果表明，如果设计正确，外部光阱可能会为高效率、高成本效益的太阳能发电提供真正的机会。
2019-10-21 physics.app-ph physics.optics
Flexible perovskite/Cu(In,Ga)Se2 monolithic tandem solar cells
我们报告了一种概念验证的双端钙钛矿/Cu（In，Ga）Se 2（CIGS）单片薄膜串联太阳能电池，其生长在超薄（30微米厚）、重量轻且柔性的聚酰亚胺箔上，在标准测试条件下具有13.2%的稳态功率转换效率和超过1.75 V的高开路电压。
2019-07-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Antimony Chalcogenide-based Solid State Sensitizers for Solar Cells: A Forgotten Hero or Low Potential Candidate
在世纪之交，锑酸盐（Sb_2S_3）作为敏化剂在固态敏化太阳能电池中的应用引起了人们极大的研究兴趣。然而，钙钛矿的使用减少了该领域的研究，并且锑硫属化物（Sb2（S，Se）3）的潜力没有被彻底探索。虽然这些材料也提供了带隙调整一样，钙钛矿通过改变组成的S和Se，它是不受欢迎的钙钛矿主要是因为低效率的太阳能电池的基础上it.In本文中，我们提出了一个景观的功能作用的各种设备参数的性能Sb 2（S，Se）3为基础的太阳能电池。为此，我们首先校准的光电模型用于模拟与文献中的实验结果。然后，该模型进行参数变化，以探索这类太阳能电池的性能指标。我们的研究结果表明，尽管认为开路电压是独立的接触层掺杂在适当的带对齐的敏化太阳能电池，在这里，我们观察到，否则，开路电压确实是依赖于掺杂密度的接触层。利用详细的数值模拟和分析模型，我们进一步确定的性能优化映射的Sb 2（S，Se）3基敏化太阳能电池。
2020-09-05 physics.app-ph physics.optics
Thermodynamic limit on the open circuit voltage of solar cells
本文通过光子熵推导出包含热化过程的太阳能电池开路电压新热力学极限，并用图形构造将其与既有单结及热载流子电池极限统一，揭示光伏与热电转换的深层相似性。
2024-09-04 cond-mat.stat-mech physics.app-ph physics.optics
Design and characterization of effective solar cells
我们提出了一个两阶段的多目标优化框架，全方案太阳能电池的结构设计和表征，成本最小化和量子效率最大化。我们评估了15个不同的细胞设计模拟不同的材料类型和光电二极管掺杂策略的结构。首先，非支配排序遗传算法II（NSGA-II）产生帕累托最优解集的各个单元设计。然后，在调查的量子效率的所有电池设计的NSGA-II，我们应用一种新的多目标优化算法~II（OptIA-II），以发现选择（三）最佳的电池设计的帕累托前沿。我们设计的OptIA-II算法提高了所有选择单元设计的量子效率，并降低了制造成本。我们观察到，包括最佳掺杂的氧化锌基透明导电氧化物（TCO）层和粗糙银背反射器（BR）的电池设计提供了$0.6031.$的量子效率（$Q_e$）。总体而言，本文提供了电池结构设计的完整表征。推导出了电池的量子效率、$Q_e$与其TCO层的掺杂方法以及TCO和BR层的材料类型之间的关系。我们的太阳能电池设计特性使我们能够在实际应用中对太阳能电池的使用进行成本效益分析
2021-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Wide angle tolerant solar spectral splitter for lateral tandem solar cells
本文通过逆向设计由玻璃基板两侧自由曲面微结构组成的太阳光谱分离器，解决了横向串联太阳能电池中光谱分离器角度依赖性强的问题，在宽入射角范围内提升转换效率，并可按需优化特定倾斜角度的性能。
2024-09-02 physics.app-ph physics.optics
Effect of plasmonic Aluminum nanoparticles shapes on optical absorption enhancement in silicon thin-film solar cells
在金属纳米颗粒的局部等离子体共振附近从金属纳米颗粒散射;特别是贵金属的共振，其主要在电磁波谱的可见光或红外部分中;是改善薄膜太阳能电池中的光吸收的一种方式。表面等离子体共振可以受到不同因素的影响，例如周围介质的类型、尺寸、形状和介电性质。在这里，我们调查，使用时域有限差分（FDTD）方法，如何不同形状的铝纳米粒子影响硅薄膜太阳能电池的吸收增强。我们的研究结果表明，使用这些颗粒，与没有颗粒的电池相比，可以实现等离子体太阳能电池超过30%的转换效率。我们还发现，虽然球形颗粒具有最高的吸收峰，但优化一些参数，例如圆柱形或盘形颗粒的高度及其与基底的距离，可以增加吸收。这些结果可以为理解和优化太阳能电池应用中的等离子体粒子提供更多的信息和见解。
2021-06-28 physics.app-ph physics.optics
Theoretical insight into the enhancement of longer-wavelength light absorption in silicon solar cell with multilevel impurities
在这篇文章中，我们从理论上证明了多级杂质光伏效应在一个有效的硅双同质结太阳能电池，以确保更长波长的光的扩展吸收。与合适的接触功函数（Ni和Ta分别作为阳极和阴极）一起，来自受主型杂质的三个杂质能级（一个来自Tl，两个来自Zn）已经被引入太阳能电池中的吸收层的能隙中。原始Si太阳能电池分别显示出25.4%的PCE，其中JSC= 37.99mA/cm 2，VOC=0.780V和FF= 85.76%。单独掺入T1杂质水平提供了33.4%的PCE，其中JSC= 51.56mA/cm 2，VOC= 0.789V和FF= 82.03%。由于Zn杂质的引入，太阳能电池的PCE进一步提高到35.4%，短路电流进一步提高了3.76 mA/cm 2。JSC和PCE的这种增强是由于太阳能电池中杂质辅助的两步光子上转换引起的较长波长的光吸收。
2021-09-09 physics.app-ph physics.optics
Large diameter TiO$_2$ nanotubes enable integration of conformed hierarchical and blocking layers for enhanced dye-sensitized solar cell efficiency
在本工作中，我们生长阳极TiO $_2$纳米管层的管直径~ 500 nm和一个开放的管口。我们在染料敏化太阳能电池（DSSC）中使用这种形态，并表明这些管允许构建具有定义和壁一致性TiO 2纳米颗粒装饰的纳米管的混合分层光阳极结构。同时，大直径允许成功地建立SiO $_2$或Al $_2$ O $_3$的附加（绝缘）阻挡层。我们发现，这种分层结构和阻挡层的组合显着提高了太阳能电池的效率，通过抑制复合反应。在这种DSSC结构中，在具有AM 1.5照明的背面照明下的太阳能电池效率从5%净管提高到7%。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The Potential of Singlet Fission Photon Multipliers as an Alternative to Silicon-based Tandem Solar Cells
单线态裂变是有机半导体中的激子倍增过程，其将一个单线态激子转化为两个三线态激子，是减少传统太阳能电池中热化损失的有希望的方法。收集三重态激子的一种方法是将它们的能量转移到量子点中，然后量子点将光子发射到底层的太阳能电池中。我们模拟这样的单重态裂变光子倍增器与硅基电池相结合的性能潜力，并将其与硅基叠层太阳能电池进行比较。我们计算的影响，各种损失机制的性能潜力在现实世界的操作条件下，使用各种不同的效率的硅基电池。我们发现，光子倍增器是更稳定的对太阳光谱的变化比两端串联太阳能电池。我们还发现，随着硅太阳能电池的效率增加，光子倍增器的效率以比叠层太阳能电池更高的速率增加。对于目前创纪录的硅太阳能电池，光子倍增器有可能将效率提高4.2%。
2018-07-26 physics.app-ph
Efficient color coatings for single junction and multijunction colored solar cells
有色太阳能电池由于涂层的反射和吸收损失而具有较低的效率。通过研究太阳能电池上不同类型的涂层，确定了影响太阳能电池效率的光谱参数。制备了一系列彩色涂层，并使用分光光度法和比色照相法进行了表征。这些涂层包括商用吸收滤光片、商用分布式布拉格反射器、实验室制造的干涉涂层和纤维素反射涂层。商业单结和多结太阳能电池用于测量颜色涂层对太阳能电池性能的影响。发现结构色导致最高的亮度与颜色损失比率。只要结构不受损，结构颜色不会褪色。单结太阳能电池中的颜色损失是材料吸收范围内反射光比例的结果。多结太阳能电池受到电流失配损耗的强烈影响，其中窄反射峰导致高效率损耗。使用纤维素纳米晶体制成的结构彩色涂层表现出低而宽的反射峰，其产生明亮的颜色并保持单结和多结太阳能电池的高性能，保持在不存在彩色涂层的情况下获得的参考功率的高达83%。
2021-09-21 physics.app-ph
Double-absorber thin-film solar cell with 34% efficiency
功率转换效率是太阳能电池模块广泛采用的关键因素。薄膜太阳能电池价格便宜，易于制造，但与晶体硅太阳能电池相比，其效率较低，需要改进。具有两个吸收层（而不是仅一个）的薄膜太阳能电池，其中带隙能量在两个吸收层中渐变，可以在更宽的光谱范围内捕获太阳光子。利用300 nm厚的CIGS吸收层和870 nm厚的CZTSSe吸收层，通过详细的光电模型预测$34.45\%$的效率，条件是带隙能量的分级在两个吸收层中是最佳的。
2020-06-11 physics.app-ph
Nanophotonic Light Management for Perovskite-Silicon Tandem Solar Cells
钙钛矿-硅叠层太阳能电池是目前研究最多的概念之一，以克服硅太阳能电池的功率转换效率的理论限制。对于单片串联太阳能电池，可用光必须在两个子电池之间均匀分布，这被称为电流匹配。对于平面器件设计，钙钛矿顶部电池中的层厚度的全局优化允许达到电流匹配并且同时最小化太阳能电池的反射损耗。然而，即使在这种优化之后，也会发生反射和寄生吸收损耗，其加起来高达7 mA/cm $^2$。在本文中，我们使用数值模拟来研究钙钛矿顶电池中的六边形正弦纳米纹理如何降低组合串联器件的反射损耗。我们调查三种配置。电流密度利用率可以从优化平面参考的91%增加到最佳纳米织构器件（周期500 nm和峰谷高度500 nm）的98%，其中100%是指Tiedje-Yablonovitch极限。在第一次尝试实验实现这样的纳米光子结构的钙钛矿太阳能电池的单片串联，我们研究钙钛矿层，这是正弦结构的基板上沉积的形态。
2018-03-08 physics.app-ph physics.comp-ph physics.optics
Alternative Pathways for Multiple Exciton Generation Solar Cells by Tandem Configurations
多激子产生太阳能电池（MEGSC）经历低效率，由于材料的缺陷，如非辐射复合。本文介绍了替代方法，实现光伏（PV）器件类似MEGSC。此外，我们重新整理的细致平衡方程的MEGSC，使其类似于独立连接的串联太阳能电池。这是可能的，因为理想QY的光谱依赖性。最后，我们比较了这两个类似的方程，并提出了实现MEGSC类叠层太阳能电池的替代方法。我们解释了制造MEGSC的困难，这是由于非理想性的高比率。在这方面，MEGSC的细致平衡方程的解构可以揭示用串联太阳能电池配置替换MEGSC的替代路径。
2021-04-14 physics.app-ph
Hot carrier solar cells by adiabatic cooling
本文提出一种通过电荷传输层绝热冷却载流子的热载流子太阳能电池，其工作方式类似理想热电转换器，在冷却过程中保持热电势和载流子熵恒定。
2024-09-03 physics.app-ph
Optoelectronic Reciprocity in Hot Carrier Solar Cells with Ideal Energy Selective Contacts
热载流子太阳能电池的理论功率转换效率远远超过单结限制。然而，热载流子太阳能电池的实际应用远远落后于这些理论预测。传统单结太阳能电池的电致发光的互易关系已经非常成功地将其效率推向理论极限。在这项工作中，我们将讨论如何一个功能的热载流子器件的签名应体现在电致发光和黑暗的$I-V$特性实验。热载流子性质导致偏离传统单结太阳能电池典型的肖克利二极管方程。这些偏差与载流子温度的增加直接相关，因此与从电致发光光谱测量的温度直接相关。我们还阐明了如何在黑暗中的热载流子太阳能电池的行为取决于俄歇过程是否发挥了重要作用，揭示了可以忽略的俄歇复合（载流子守恒模型）和占主导地位的俄歇复合（影响电离模型）的制度之间的鲜明对比热载流子太阳能电池。
2020-06-25 physics.app-ph
Pinhole induced efficiency variation in perovskite solar cells
工艺引起的效率变化是所有薄膜太阳能电池（包括新兴的基于钙钛矿的太阳能电池）的主要关注点。在这篇手稿中，我们通过详细的数值模拟解决针孔或工艺引起的表面覆盖方面对这种太阳能电池的效率的影响。有趣的是，我们发现针孔尺寸分布以相反的方式影响短路电流和开路电压。具体而言，虽然JSC是严重依赖于针孔的尺寸分布，令人惊讶的是，Voc似乎只是名义上受其影响。此外，我们的模拟还表明，适当的接口工程，它确实是可能的设计与效率相媲美的理想的平面结构的纳米结构的设备。此外，我们提出了一种简单的技术，基于终端IV特性来估计钙钛矿太阳能电池的表面覆盖率。
2017-04-17 physics.app-ph
Effect of the shell material and confinement type on the conversion efficiency of the core/shell quantum dot nanocrystal solar cells
在这项研究中，壳层材料和限制类型对核/壳量子点量子点（QDNC）太阳能电池的转换效率的影响进行了详细的研究。为此，对Shockley和Queisser提出的计算硅pn结太阳电池转换效率上限的传统（即原始）细致平衡模型进行了简单有效的修正，并计算了核/壳QDNC太阳电池的转换效率。由于现有的模型依赖于太阳能电池的带隙能（$E_g$），所以它没有估计QDNC材料对太阳能电池效率的影响，并且给出了具有相同$E_g$的几个QDNC太阳能电池的相同效率值。然而，所提出的修改估计了与QDNCs的材料性质和限制类型有关的转换效率。结果表明，与原模型相比，不同的QDNC太阳能电池，即使它们具有相同的$E_g$，其转换效率也会因核/壳QDNC的限制类型和壳层材料的不同而不同，这对新一代太阳能电池的设计和制造至关重要，以预测限制类型和合适的QDNC材料以获得更好的转换效率。
2018-04-04 physics.app-ph
Modeling and Simulation of Solar Photovoltaic Cell for the Generation of Electricity in UAE
本文提出了一种基于电路的太阳能光伏（PV）电池仿真的实现，以获得最大的功率输出。该模型建立在光伏组件数学模型的基础上。由于光伏电池是用来确定电池的物理和电气行为对应的环境因素，如温度和太阳辐照度，本文评估了30年的太阳辐照数据在阿拉伯联合酋长国（UAE），还分析了几个地点的光伏电池的性能参数。基于肖克利二极管方程，提出了一种太阳能光伏组件。然而，为了分析性能参数，选择了Solarex MSX 120，典型的120W模块。所选模块的数学模型在Matlab中执行。本文的结果反映了阿联酋境内太阳辐照度变化对光伏电池的影响。最后，本文确定了在阿联酋实施大规模太阳能光伏组件的便利场所。
2019-08-26 physics.app-ph
Potential of the three-terminal heterojunction bipolar transistor solar cell for space applications
多端多结太阳能电池（MJSC）提供比串联连接（二端）电池更高的效率潜力。此外，对于地面应用，多端太阳能电池的效率对太阳光谱变化的敏感性低于两端串联连接的太阳能电池。在空间中，通常，细胞总是用AM 0光谱照射，并且预计光谱变化不会产生影响。尽管如此，在空间中，与从更高的寿命终止（EOL）效率导出的串联连接架构方法相比，多端子方法提供了一些优势。在这项工作中，我们审查的潜力，多终端太阳能电池实现扩展的EOL效率，重点在潜力的三端异质结双极晶体管太阳能电池，一种新型的多终端MJSC架构，具有简化的结构，不需要，例如，隧道结。
2020-05-14 physics.app-ph
Initial Assessment of Monocrystalline Silicon Solar Cells as Large-Area Sensors for Precise Flux Calibration
随着大面积巡天天体物理学的精确前沿向1毫米级迈进，天文仪器的通量校准仍然是一个持续的挑战。我们描述了硅太阳能电池作为大口径精密校准光电二极管的初始测试。我们目前的暗电流，线性度，频率响应，空间响应均匀性和噪声特性的Sunpower C60太阳能电池，一个叉指背接触125毫米× 125毫米单晶太阳能电池的测量。我们发现，这些设备持有相当大的承诺，大面积通量校准传感器，并保证进一步表征。
2019-09-29 astro-ph.IM physics.app-ph
Simulation studies of CZT(S,Se) single and tandem junction solar cells towards possibilities for higher efficiencies up to 22%
利用一维太阳电池电容模拟器（SCAPS-1D）对Cu 2 ZnSnS 4和Cu 2 ZnSnSe 4吸收层的单异质结太阳电池的光伏特性进行了数值模拟。n-CdS/ZnO双缓冲层用于与吸收层的异质结构界面。电池性能的变化，如厚度，载流子浓度，缺陷密度等不同的材料层的属性进行了研究。性能优化的单结太阳能电池与Mo作为背接触材料的功函数为5 eV。双结CZTS/CZTSe叠层电池结构的实现保持相同的材料特性中所使用的单CZTS和CZTSe太阳能电池模拟，并考虑在界面处的平带条件。在匹配顶部和底部子电池的当前条件之后确定串联电池性能。对于电流匹配的211.33 nm厚CZTS顶部电池连同2000 nm底部电池，CZTS/CZTSe短路电流密度为~ 20.98 mA/cm 2。当开路电压约为1.324 V时，在接触处的平带条件下获得的最大效率约为21.7%。
2018-01-25 physics.app-ph
Theoretical Analysis of Doping Concentration Gradients on Solar Cell Performance
本研究通过理论建模与仿真，分析掺杂浓度梯度对半导体电势、电场及复合速率的影响，发现最优梯度可降低复合、提升载流子迁移率，从而显著提高太阳能电池效率，尤其利于多结电池。
2024-07-17 physics.app-ph
Efficiency limits of electronically-coupled upconverter and quantum ratchet solar cells using detailed balance
中间带太阳能电池（IBSC）和量子棘轮太阳能电池（QRSC）通过允许通过带隙内部深处的状态的子带隙光子吸收而具有超过标准单结太阳能电池的效率的潜力。然而，还没有实现高效率的IBSC和QRSC器件，因为引入中间带隙状态也增加了复合，这会损害器件。我们认为电子耦合上变频器（ECUC）太阳能电池，并表明它可以实现相同的效率作为QRSC。虽然它们在细致平衡限制方面是等效的，但ECUC对非辐射过程不太敏感，这使得它成为IB设备的更实用的实现。我们进行了一个基于晶体硅的ECUC电池的案例研究，重点是氢化非晶硅作为上转换材料，并突出了潜在的掺杂剂的ECUC。这些结果为基于IB的设备的开发指明了新的道路。
2019-09-17 physics.app-ph
Maximum efficiencies and performance limiting factors of inorganic and hybrid perovskite solar cells
肖克利和奎瑟极限是太阳能电池的一个众所周知的效率极限，它是基于不切实际的物理假设，其最大极限被严重高估。为了理解记录效率电池的功率损耗机制，需要更严格的方法。在这里，我们已经建立了一个新的形式主义，可以准确地预测在传统的薄膜形式的太阳能电池的绝对性能极限。特别是，我们已经估计了13个充分研究的太阳能电池材料[GaAs，InP，CdTe，a-Si：H，CuInSe 2，CuGaSe 2，CuInGaSe 2，Cu 2 ZnSnSe 4，Cu 2 ZnSnS 4，Cu 2 ZnSn（S，Se）4，Cu 2 ZnGeSe 4，CH 3 NH3 PbI 3，HC（NH 2）2 PbI 3]在1 μ m厚的物理极限下的最大效率。我们的计算表明，超过30%的效率可以实现吸收层尖锐的吸收边（GaAs，InP，CdTe，CuInGaSe 2，Cu 2 ZnGeSe 4）。然而，许多记录效率的多晶太阳能电池，包括混合钙钛矿，受到开路电压和填充因子损耗的限制。我们表明，这里描述的最大转换效率提出了新的替代限制，可以预测现实世界的太阳能电池的发电。
2019-07-30 physics.app-ph
Investigating the effect of different quantum dots on the absorption spectrum and characteristics of quantum dot sensitized solar cells
量子点敏化太阳能电池是备受关注的新一代太阳能电池之一。理论和模拟研究已经预测了这些电池的高效率，因此在未来，这些电池可能是硅太阳能电池的绝佳替代品。这些电池的其他优点是它们易于制造和比现有电池更便宜的制造方法。本文的主要思想是模拟不同的量子点对这些细胞的光学和电学特性，特别是效率的影响。然后，我们模拟了不同量子点同时敏化的效果，我们观察到细胞的光吸收和同时敏化的效率增加。然后，我们实验研究了一个细胞，给出了最好的模拟结果（PbS/CdS共敏化）。我们将量子点沉积在透明二氧化钛上，并获得了电池的光吸收、效率和其他特性。此外，我们研究了硫化钴代替铂和金作为PbS/CdS中的对电极的效果，并且我们发现效率提高了。
2020-07-16 physics.app-ph
On the Use of Graphene to Improve the Performance of Concentrator III-V Multijunction Solar Cells
石墨烯已经在光致发光领域得到了深入研究，重点是基于薄膜、染料敏化、量子点、纳米线等的新兴太阳能电池。然而，这些太阳能电池的典型效率低于16%。因此，石墨烯的光伏潜力尚未显示。在这项工作中，使用石墨烯的浓度应用的III-V多结太阳能电池，这确实是太阳能电池的效率最高，证明。首先，对石墨烯层进行了广泛的光电表征。然后，石墨烯层被结合到三结太阳能电池上，这将其串联电阻降低了35%（相对），导致在1，000个太阳的浓度下填充因子增加了4%（绝对）。同时，石墨烯的光吸收产生0- 1.8%范围内的相对短路电流密度降低。结果，相对于没有石墨烯的三结太阳能电池，在1,000个太阳的浓度下实现了接近1%的绝对效率提高。还评估了并入一个和两个石墨烯单层的影响。
2020-07-13 physics.app-ph
Ideal Solar Cell Efficiencies
在最近的一篇论文中，Guillemoles等人[J.F. Guillemoles，T. Kirchartz，D. Cahen and U Rau，Guide for the palmersed to the Shockley-Queisser model for solar cells，Nat. Photonics，13，501（2019）]试图澄清和解释Shockley and Queisser（SQ）经常引用的论文，该论文定义了单结太阳能电池的光伏转换限制。SQ文件不容易阅读，因此很容易被误解。随着现代太阳能电池接近理论效率极限，基本原理变得特别重要，因此Guillemoles等人的努力受到欢迎。然而，在这样做的时候，作者陷入了几个陷阱，本说明的目的是澄清一些误解，纠正该文件中的一些错误。
2019-11-21 physics.app-ph
Design guidelines for a highly efficient high-purity Germanium (HPGe)-based double-heterojunction solar cell
尽管锗（Ge）具有比硅（Si）更高的载流子迁移率和吸收系数，但由于Ge晶片的低带隙和高成本以及对其高纯度水平的要求，对Ge基太阳能电池的关注较少。目前，高纯锗（HPGe）的可用性，低成本的晶片切片方法和适当的设计准则使得设计HPGe基太阳能电池成为可能。因此，在本文中，我们设计并模拟了一种新型的n-CdS/p-HPGe/p+-BaSi 2基npp+双异质结太阳能电池，其中HPGe、硫化镉（CdS）和正交二硅化钡（β-BaSi 2）分别用作吸收层、窗口层和背场（BSF）层。利用太阳电池电容模拟器（SCAPS-1D）系统地研究了不同物理参数如厚度、掺杂和缺陷密度、能带偏移和温度对所设计太阳电池光伏参数的影响。由于n-CdS/p-HPGe/p+-BaSi 2太阳能电池的内建电压高达1.7 V，因此本文提出了优化的PV参数以提高器件性能，最高的功率转换效率（PCE）为~45.65%，开路电压高达1.16 V。该效率与双异质结太阳电池的详细平衡极限基本一致。
2020-09-29 physics.app-ph
Titanium dioxide hole-blocking layer in ultra-thin-film crystalline silicon solar cells
接近晶体硅（c-Si）太阳能电池的理论效率极限的剩余障碍之一是欧姆接触处的少数载流子的极高界面复合损耗。在超薄薄膜c-Si太阳能电池中，由于前者的较小体积和较高的少数载流子浓度，这种接触复合损失比传统厚电池严重得多。本文提出了一种新的设计，电子通过（欧姆）接触n型硅，是空穴阻挡与显着减少空穴复合。通过沉积薄的二氧化钛（TiO 2）层以形成硅金属-绝缘体-半导体（MIS）接触来形成该接触。具有这种TiO 2 MIS接触的2 μm厚的Si电池实现了645 mV的开路电压（Voc），这比具有金属接触的超薄电池高10 mV。这种MIS接触为超薄c-Si太阳能电池提供了一条新的途径，可以实现与传统厚电池一样高的效率，并能够以更低的成本制造高效的c-Si太阳能电池。
2017-05-09 physics.app-ph
Molybdenum oxide hole selective transport layer by hot wire oxidation-sublimation deposition for silicon heterojunction solar cells
本文采用热线氧化-升华沉积（HWOSD）技术制备了高质量的氧化钼（MoOx）薄膜。制备了具有HWOSD MoOx作为空穴选择性传输层（HSL）的硅异质结（SHJ）太阳能电池。研究并优化了MoOx层的厚度和太阳能电池的退火工艺。采用14 nm MoOx作为HSL的SHJ太阳能电池的功率转换效率达到21.10%。在200 ~ 380 K温度范围内测量了SHJ太阳电池的暗电流密度-电压-温度（J-V-T）特性。提出了MoOx/n-c-Si异质结的输运过程，包括电子越过势垒的电子发射和空穴通过MoOx层带隙态的量子辅助隧穿.对输运机制的研究有助于我们更好地了解新型SHJ太阳能电池的特性，并有助于我们充分展示此类太阳能电池的未来潜力。
2019-02-25 physics.app-ph physics.chem-ph
Interfaces of high efficient kesterite Cu2ZnSnS(e)4 thin film solar cells
Cu_2ZnSnS（e）_4（CZTS（e））太阳能电池由于其丰富的元素含量和无毒性而受到广泛关注。然而，Cu_2ZnSn（S，Se）_4（CZTSSe）太阳能电池的记录效率为12.6%，远低于Cu（In，Ga）Se_2（CIGS）太阳能电池。一个重要原因是界面处的复合。近年来，人们对界面问题进行了大量的研究，并通过各种方法改善界面性能。本文综述了CZTS（e）太阳电池界面的研究进展，包括：（1）缓冲层/CZTS（e）界面能带取向的优化，（2）CZTS（e）吸收层与Mo背接触层之间MoS（e）2界面层厚度的调整，（3）后界面钝化，（4）前界面钝化，（5）第二相刻蚀。
2017-11-25 physics.app-ph
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
Triple-junction solar cells with 39.5% terrestrial and 34.2% space efficiency enabled by thick quantum well superlattices
多结太阳能电池的设计是由理论上的最佳带隙组合以及现实的限制，这些带隙材料。例如，三结III-V多结太阳能电池通常使用GaAs作为中间电池，因为其近乎完美的材料质量，尽管其带隙高于全局光谱的最佳值。在这里，我们修改GaAs带隙使用厚的GaInAs/GaAsP应变平衡量子阱（QW）太阳能电池具有良好的电压和吸收。这些高性能的量子阱被纳入一个三结倒置变质多结器件组成的GaInP顶部电池，GaInAs/GaAsP量子阱中间电池，晶格失配GaInAs底部电池，其中每一个都得到了高度优化。我们展示了三结效率的39.5%和34.2%的全球和空间光谱下，分别高于以前的记录六结设备。
2022-03-29 physics.app-ph
Efficient indoor p-i-n hybrid perovskite solar cells using low temperature solution processed NiO as hole extraction layers
混合钙钛矿由于其特殊的光伏和光电性能而受到极大的关注。在n-ip和p-i-n两种广泛使用的钙钛矿太阳能电池器件结构中，后者因其制造简单和能量输入较低而令人感兴趣。然而，这种结构大多使用PEDOT：PSS作为空穴传输层，这会加速钙钛矿太阳能电池的退化。因此，开发稳定的无机空穴提取层（HEL），而不影响器件制造的简单性，在这个快速发展的光伏领域至关重要。在这里，我们展示了低温（~100 oC）溶液处理和掺杂（~ 6 nm）NiO纳米颗粒薄膜作为基于CH 3 NH 3 PbI 3的钙钛矿太阳能电池的高效HEL。我们测量的功率转换效率（PCE）为13.3%的刚性玻璃基板和8.5%的柔性基板。与基于PEDOT：PSS的MAPbI 3太阳能电池（PCE ~ 7.9%）的比较表明，基于NiO的太阳能电池具有更高的短路电流密度和改善的开路电压（1.03V）。除了在1个太阳下的光伏性能之外，NiO的有效空穴提取特性也被证明用于室内照明，并且在紧凑型荧光照明下NiO基CH3NH3PbI2.9Cl 0.1 p-i-n太阳能电池的PCE为23.0%。与在PEDOT：PSS HEL上制造的钙钛矿太阳能电池相比，在NiO HEL上制造的钙钛矿太阳能电池观察到更好的保质期稳定性。详细的微观结构和微物理研究意味着均匀的形态，较低的复合损失，和改善的电荷转移性能的CH 3 NH3 PbI 3上生长的NiO HEL。
2019-09-12 physics.app-ph
Numerical modeling of CuSbSe2-based dual-heterojunction thin film solar cell with CGS back surface layer
三元硫锑酸铜硒化物（CuSbSe 2）具有无毒、地球资源丰富、低成本、最佳禁带宽度和高光吸收系数等优点，是下一代薄膜太阳能电池的理想吸收材料。传统的单异质结CuSbSe 2太阳能电池在界面处具有高复合率，并且在背接触处存在肖特基势垒，这限制了它们的功率转换效率（PCE）。在这项研究中，我们提出了一种双异质结n-ZnSe/p-CuSbSe 2/p+-CGS太阳能电池，具有铜镓硒（CGS）作为背表面场（BSF）层。BSF层通过尾态辅助（TSA）两步上转换过程吸收较长波长的光子，从而提高转换效率。利用SCAPS-1D进行了数值模拟，以研究所提出的太阳能电池的吸收层厚度，掺杂浓度和缺陷密度的性能。模拟结果显示，双异质结太阳能电池的PCE高达43.77%，而单异质结n-ZnSe/p-CuSbSe 2对应物为27.74%。因此，双异质结结构具有接近Shockley-Queisser（SQ）细致平衡极限的潜力，并且可以在新兴的薄膜太阳能电池中导致极高的PCE。
2022-08-18 physics.app-ph
