Alloying to Tune the Bandgap of the AM2Pn2 Zintl Compounds
本研究针对AM₂Pn₂ Zintl化合物的带隙调控需求，采用高通量第一性原理计算筛选合金，得到适用于叠层顶电池和远红外探测器的候选材料，并通过实验验证了该类合金的可合成性。
2025-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Assessment of GaPSb/Si tandem material association properties for photoelectrochemical cells
在这里，GaP 1-xSbx/Si串联材料协会的结构，电子和光学性质的确定，鉴于其用于太阳能水分解应用。用分子束外延法在Si上生长了不同Sb含量的GaPSb晶体层。结合实验吸收测量和紧束缚（TB）理论计算，在整个Sb范围内确定了GaPSb合金的带隙值和带隙类型。发现在30%Sb含量下发生间接（X-带）到直接（Γ-带）的交叉。特别地，在Sb含量为32%时，GaP 1-xSbx合金达到期望的1.7eV直接带隙，使得能够有效地吸收太阳光，其可以理想地与Si 1.1eV带隙组合。此外，GaP 1-xSbx合金和Si的能带排列相对于水的氧化还原电位水平进行了分析，这表明GaPSb/Si协会是一个有趣的组合，无论是析氢和析氧反应。这些结果为III-V/Si低成本高效率光电化学电池的开发开辟了新的途径。
2020-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Micro-crystal GaAs array sub-cells for Si tandem solar cells
本研究通过二维光学与电学数值建模，分析外延横向过生长 AlxGaAs/GaAs 微晶阵列与 Si 构成的两端叠层太阳能电池，提出兼顾光捕获、界面输运和缺陷规避的设计规则。
2025-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Divergent Solid-state Conversion Pathways in Evaporated All-perovskite Tandem Solar Cells
Empa – Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology（瑞士联邦材料科学与技术研究院）；Zurich University of Applied Sciences（苏黎世应用科学大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
本研究通过时间切片分析揭示顺序蒸发宽窄带隙钙钛矿的固态转化差异，据此开发1.26-1.96 eV吸收层，制成效率19.2%的首个蒸发全钙钛矿串联电池，并验证其长期稳定性。
2026-09-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Prospects for market-specific design of Perovskite-Silicon tandem solar cells
本文通过校准数值模拟评估不同地区年度能量产出，发现最优顶电池带隙受地域影响很小，且相比SQ分析可将钙钛矿目标衰减速率放宽两倍。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Silver Alloyed Wide Bandgap (Ag,Cu)(In,Ga)S2 Thin Film Solar Cells With 15.5% Efficiency
University of Cambridge（剑桥大学）；University of Luxembourg（卢森堡大学）；Istituto Italiano di Tecnologia（意大利理工大学）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)（巴登-符腾堡州太阳能和氢能研究中心）
通过银合金化改进ACIGS太阳能电池性能，实现15.5%的高效率和948mV的开路电压。
2025-12-01 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
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
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
Maximising and Stabilising Luminescence in Metal Halide Perovskite Device Structures
金属卤化物钙钛矿在各种光电应用中引起了极大的兴趣。通过调整化学成分来调整钙钛矿带隙的能力开辟了作为彩色发射器和串联光致发光器件的组件的新应用。然而，非辐射损失仍然限制性能，最先进的钙钛矿太阳能电池在太阳光照条件下的发光产率仍然远未达到100%。此外，在设计用于连续带隙可调谐性（带隙~1.7- 1.9eV）的混合卤化物钙钛矿系统中，光致离子偏析导致带隙不稳定性。在这里，我们通过用钝化卤化钾中间层装饰表面和晶界，大大减轻了钙钛矿结构中的非辐射损失和光致离子迁移。我们展示了66%的外部光致发光量子产率，转化为超过95%的内部产率。实现了高的发光产率，同时保持超过40 cm 2 V-1 s-1的高迁移率，给出了高发光和优异的电荷传输的难以捉摸的组合。我们发现，当与太阳能电池器件叠层中的电极接合时，外部发光产率（必须最大化以接近效率极限的量）保持高达15%，表明非常干净的界面。我们还证明了在广泛的混合卤化物钙钛矿带隙，否则显示带隙不稳定性的光致离子迁移过程的抑制。我们验证了这些结果在全操作的太阳能电池，突出了稳定发光器件结构的重要性。我们的工作代表了可调卤化物钙钛矿薄膜和界面的构建方面的关键突破，这些薄膜和界面可以接近串联太阳能电池和彩色LED的效率极限。
2017-12-13 cond-mat.mtrl-sci
CsCl seed layer homogenizes co-evaporated perovskite growth for high-efficiency fully textured perovskite-silicon tandem solar cells
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie（亥姆霍兹柏林材料与能源中心）；Department of Chemistry, Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学化学系）；Department of Interface Science, Fritz Haber Institute of the Max Planck Society（马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所界面科学部）；Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Technical University Berlin（柏林工业大学电气与计算机工程学院）
CsCl种子层提升共蒸发法钙钛矿薄膜质量，使叠层太阳能电池效率达30.3%
2025-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Monolithic Selenium/Silicon Tandem Solar Cells
本研究展示了首个单片集成硒/硅叠层太阳能电池，通过仿真优化载流子选择性接触材料，实现了1.68 V的高开路电压和超过80%的伪填充因子，证明其具备挑战单结技术的潜力。
2023-07-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Diamine Surface Passivation and Post-Annealing Enhance Performance of Silicon-Perovskite Tandem Solar Cells
本研究通过在钙钛矿/ETL界面引入DAP并对C60进行后退火，揭示THP形成与界面均匀化机制，将硅-钙钛矿叠层电池PCE提升至25.29%。
2024-12-04 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
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
A new approach to simulation of limiting photoconversion efficiency of tandem solar cells
我们开发了一种新的方法来计算可获得的限制的光转换效率的串联太阳能电池（SC），并将其应用到SC与垂直和横向设计在AM0和AM1.5条件。为了获得最大效率，仅考虑了直接带隙III-V族半导体的典型辐射复合参数和光吸收的显式能量依赖性。当模拟效率时，我们自洽地考虑到SC耗散的热量随着电流匹配子电池数量的增加而减少的事实。随着工作SC温度的降低，开路电压和光转换效率都增加。结果表明，上述效果是特别强的SC AM0条件下运行。随着子电池的数量增加，每个子电池的光谱范围变窄，光电流由于能量依赖的光吸收而额外地减少，该因素在标准方法中通常被忽略。应用我们的形式主义的结果在最大的理论依赖的效率上的子细胞的数量，这确实是实验观察到的。除了与实验一致，我们的理论结果也接近其他效率计算使用细致平衡为基础的方法。
2013-09-12 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Monitoring charge separation of individual cells in perovskite/silicon tandems via transient surface photovoltage spectroscopy
本文利用强度和波长依赖的瞬态表面光电压技术，通过调节光子能量和底电池极性，实现了对钙钛矿/硅串联太阳能电池中各埋藏界面电荷分离与提取过程的单独探测，展现出优于传统光致发光方法的独特潜力。
2025-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Flexible Perovskite/Silicon Monolithic Tandem Solar Cells Approaching 30% Efficiency
本研究通过提升钙钛矿相均匀性，解决了柔性钙钛矿/硅串联电池中电荷传输与应力释放的难题，实现了29.88%的认证效率，超越同类柔性光伏器件。
2025-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nitride-based interfacial layers for monolithic tandem integration of new solar energy materials on Si: The case of CZTS
第三代太阳能材料在硅上的单片串联集成为光电化学和光电化学带来了巨大的希望。然而，当它涉及高温反应过程时，这可能是具有挑战性的，这将有可能损坏Si底部电池。一种这样的情况是薄膜硫属化物太阳能电池中的高温硫化/硒化，其中的一个例子是锌黄锡矿Cu2ZnSnS4（CZTS）。在这里，通过在界面处使用非常薄（<10 nm）的TiN基扩散阻挡层，具有不同的组成和特性，我们在器件水平上证明了Si底部电池的保护在很大程度上取决于阻挡层工程。几个单片CZTS/Si串联太阳能电池的开路电压（Voc）高达1.06 V和效率高达3.9%，实现了，表明性能与传统的界面层的基础上的透明导电氧化物，并指出一个有前途的替代设计在太阳能转换设备。
2020-10-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Efficient Direct Solar-to-Hydrogen Conversion by In Situ Interface Transformation of a Tandem Structure
光合作用是自然界将间歇性太阳辐射转化为可储存能量的途径，而其用于工业能源供应的效率低。人工光合作用为高效、稳健的碳中性可再生能源发电提供了一种有前途的替代方案。通过光电化学水裂解直接制氢的方法利用定制的串联吸收体结构来模拟天然光合作用的Z方案。在这里，在环境温度下的串联结构和催化剂沉积的组合化学表面转化产生接近吸收剂的理论极限的光电流，并导致14%的太阳能-氢气效率。恒电位辅助光电极效率为17%。目前的综合系统基准显然已经超过。详细介绍了原位界面转变、电子改进和化学钝化。表面功能化过程具有广泛的适用性，并且可以精确控制，允许进一步开发高效耐用的氢气发生器。
2015-08-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
Computational design of high performance hybrid perovskite on silicon tandem solar cells
在这项研究中，一个单片集成的串联连接的叠层太阳能电池的光电性能进行了模拟。继最近证明具有低生产成本的高效率的混合有机-无机钙钛矿的巨大成功之后，我们研究了在串联太阳能电池中使用相同的钙钛矿作为吸收剂的可能性。电池由甲基铵混合溴-碘铅钙钛矿CH 3 NH3 PbI 3（1-x）Br 3x（0 < x < 1）、顶部子电池和单晶硅底部子电池组成。基于Si的隧道结连接两个子电池。数值模拟是基于一维数值漂移扩散模型。它示出，具有20%的溴化物和在300-400 nm范围内的厚度的顶部电池吸收材料提供与硅底部电池的电流匹配。通过在隧道结中5.10^19cm-3处对硅进行标准n和p掺杂，确保了单电池之间的良好互连。预测串联电池的最大效率为27%，超过了我们模拟的独立硅电池（17.3%）和钙钛矿电池（17.9%）的效率，更重要的是，超过了创纪录的晶体硅电池的效率。
2015-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-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
Monolithic thin-film chalcogenide-silicon tandem solar cells enabled by a diffusion barrier
随着最近单片集成的Per 2 O3/Si叠层太阳能电池的成功，人们对寻找具有完全地球丰富、稳定和高效的叠层太阳能电池前景的替代宽带隙顶电池材料产生了极大的兴趣。薄膜硫族化物（TFCs）例如Cu 2 ZnSnS 4（CZTS）可为合适的顶电池材料。然而，TFC具有的缺点是，在合成期间通常需要至少一个高温步骤（>500 ℃），这可能污染Si底部电池。在这里，我们系统地研究了单片集成的硅底太阳能电池上的CZTS。热弹性双面隧道氧化物钝化接触（TOPCon）结构被用作底部电池。顶部和底部电池之间的薄（<25 nm）TiN层，兼作扩散阻挡层和复合层。我们表明，TiN成功地减轻了CZTS元素扩散到C-Si体在高温硫化过程中，并没有发现证据的电活性深硅体缺陷的样品中保护的只有10纳米TiN。Si中的后处理少数载流子寿命超过1.5 μ s。也就是说，在高温硫化后，有希望的隐含开路电压（i-Voc）为715 mV。基于这些结果，我们展示了第一个概念验证的双端CZTS/Si串联器件，效率为1.1%，Voc为900 mV。这项研究的一般含义是，使用高温步骤在Si上生长复杂的半导体在技术上是可行的，并可能导致高效的单片集成双端串联太阳能电池。
2020-10-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unveiling architectural and optoelectronic synergies in lead-free perovskite/perovskite/kesterite triple-junction monolithic tandem solar cells
Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程与技术大学）；Green University of Bangladesh（孟加拉国绿色大学）
针对铅基叠层太阳能电池的环境健康问题，本研究设计优化两种无铅单片叠层结构（全钙钛矿双结与钙钛矿-黄铜矿三结），模拟得双结PCE 27.3%、三结PCE 30.69%，证明无铅材料在高性能可持续光伏中的潜力。
2025-11-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Band Gap tunability in One-dimensional system
调整直接带隙材料的带隙的能力在LED和太阳能电池领域中具有巨大的应用潜力。然而，由于在降维材料的实验中观察到的量子限制，带隙的再现性缺乏，严重影响了它们的带隙的可调谐性。在这封信中，我们报告了广泛的理论研究的直接带隙一维功能化的异构系统使用其周期性的电位分布，带隙的可调性证明简单地通过修改电位分布通过改变在一个周期性的超晶胞中的官能团的位置。它被验证为已知的合成，以及天然聚合物（生物和有机），也为其他一维直接带隙系统。这种见解将极大地帮助实验者设计用于LED应用的聚合物和一维无机系统的各种带隙值的新异构系统，以及有效地在太阳能电池中收集能量。
2018-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Photovoltaic Possibility of Cu2SiSe3 and Cu2SnS3 Ternary Chalcogenides- Single Junction to Tandem Architecture
Indian Institute of Technology Jodhpur（印度焦浦理工学院）
研究通过漂移扩散模型评估了Cu₂SiSe₃和Cu₂SnS₃二元硫化物作为光伏吸收层的可行性，发现叠层结构效率达24.1%，优于单结器件。
2026-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Four-Terminal Mechanically Stacked GaAs/Si Tandem Solar Cells
本研究探讨一种四端机械堆叠式双接面光生伏打元件，其以砷化镓为顶电池，矽为底电池。与两个端子单片串联连接的双结光致发光器件不同，四端子机械堆叠器件受益于选择不受晶格匹配条件约束的材料组合的能力。GaAs顶部子电池对可见光的敏感性最好，而Si底部子电池选择在成本相对较低的Si衬底上生长。此外，由每个子电池产生的载流子被独立地收集到外部电路。子电池的这种电隔离确保了更高的效率，其中不存在电流匹配也不存在隧道结和相关损耗。厚度为10微米量级的器件的转换效率超过27%。
2015-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Enhancing CdTe Solar Cell Performance by Reducing the "Ideal" Bandgap of CdTe through CdTe1-xSex Alloying
CdTe是低成本、高效率薄膜太阳能电池的主要材料之一，因为它具有高的吸收系数和根据肖克利-奎塞尔极限（Shockley-Queisser limit）的接近理想的1.48eV的太阳能电池带隙。然而，由于固有缺陷相关问题，其太阳能到电力的转换效率（PCE）受到相对低的开路电压（VOC）的阻碍。在此，我们提出了通过降低CdTe的“理想”带隙来提高CdTe太阳能电池性能的策略，以在不牺牲太多VOC的情况下从长波长吸收中获得更多的短路电流。合金CdTe与CdSe似乎是最合适的方法，以减少带隙，因为在这个系统中的大的光学弯曲和相对较小的晶格失配，即使CdSe具有较大的带隙比CdTe。利用第一性原理混合泛函计算，我们发现CdTe 1-xSex合金的最小带隙可以从x=0时的1.48 eV减小到x=0.32时的1.39 eV.我们还表明，合金的形成可以改善缺陷的性质，例如，p型掺杂的碲化镉铜可以大大增强的合金化效应。
2019-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Technological guidelines for the design of tandem III-V nanowire on Si solar cells from opto-electrical simulations
采用光电耦合模拟方法研究了硅基III-V族纳米线阵列叠层太阳电池的几何参数和结构参数对电池效率的影响。一个接近现实的结构，由AlGaAs核壳纳米线阵列，通过隧道二极管连接到一个Si子电池的建模，揭示了顶部接触层，生长掩模和隧道结的影响。在电流匹配条件下对串联结构进行了光学模拟，确定了纳米线阵列的最佳几何参数。然后，它们被用于在纳米线子电池的径向结的广泛的电气优化。器件模拟表明，高掺杂的结，以避免完全壳耗尽的必要性。研究了体复合和表面复合对顶部子电池性能的影响，揭示了径向pn结耗尽区附近良好表面钝化的重要性。最后，充分优化的串联结构的模拟表明，一个有前途的效率为27.6%，短路电流密度为17.1 mA/cm^2，可以实现合理的体和表面载流子寿命。
2017-08-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Ideal Bandgap in a 2D Ruddlesden-Popper Perovskite Chalcogenide for Single-junction Solar Cells
过渡金属钙钛矿硫族化合物（TMPC）被探索为用于太阳能转换的稳定的、环境友好的半导体。它们可以被视为混合卤化物钙钛矿的无机替代物，以及钙钛矿氧化物的硫族化物对应物，在电磁波谱的可见光和红外部分中具有期望的光电性质。过去的理论研究已经预测了大的吸收系数，理想的缺陷特性，和体光伏效应的TMPC。尽管最近在多晶合成和测量其光学性能的进展，它是必要的生长这些材料在高结晶质量发展的基本理解，其光学性能和评估其适用于光伏应用。在这里，我们报告的二维（2D）的钙钛矿硫属化物，Ba 3 Zr 2S 7，与交替的双层钙钛矿块和单层岩盐结构的天然超晶格结构的单晶的生长。该材料在1.28 eV处有一个明亮的光致发光峰，其外发光效率高达0.15%。我们对这些晶体进行了时间分辨光致发光光谱，并获得了约65 ns的有效复合时间。这些结果清楚地表明，钙钛矿硫族化物的2D Ruddlesden-Popper相是实现单结太阳能电池的有前途的材料。
2018-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Matching the photocurrent of perovskite/organic tandem solar modules by varying the cell width
本文首次在实验层面通过调节钙钛矿和有机子组件的电池宽度实现叠层组件光电流匹配，获得14.94%的冠军效率，为耦合非互补半导体器件提供了新途径。
2023-09-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-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
A photon ratchet route to high-efficiency hybrid halide perovskite intermediate band solar cells
混合卤化物钙钛矿中的自旋分裂间接带隙提供了光子棘轮中间带的动量空间实现。受激电子热化到复合保护的Rashba口袋，在动量空间中偏移，建立电荷密度以具有足够的通量到更高的导带。这种效应可以用来形成本征中间带太阳能电池，其效率超过肖克利-奎塞尔极限，如果可以进行选择性低电子亲和性接触到更高的导电状态。这一概念得到了多体电子结构分析的支持。在照明下产生带隙以上的电压将肯定这里提出的物理机制。
2016-11-29 cond-mat.mtrl-sci
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
The Concentration Limit for Solar Cells Based on Entropy Production
假设光伏应用的太阳辐射的最大集中极限是恒定的，Cmax \approx 46，000 suns。通过将热力学第二定律几何应用于辐射传递系统，很容易找到这个极限[A. Rabl，Sol.《能源》第18卷，pp. 93-111，1976]。然而，先前的分析没有包括光伏转换中熵的产生。在这里，我们示出了考虑到这种熵产生时半导体太阳能电池的最大浓度极限的带隙依赖性，并且示出了对于低带隙材料的极限降低。这个新的浓度限制在于相反，假设的浓度限制的不变性，我们属性这种差异的故障在用于推导传统的详细平衡模型的假设。
2012-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Perovskite Twin Solar Device with Estimated 50% Bifacial PCE Potential and New Solar Material Options
最近有关于具有顶部钙钛矿电池和底部硅电池的串联太阳能电池的研究，其具有> 25%的功率转换效率的潜力。由于硅电池的生产成本仍然很高，因此认为这种串联电池不能满足未来的要求。在这里，提出了一种低成本的FAPbI 3双太阳能电池的构造，假设PCE为30%。通过巧妙的后照明，即使50%的双面功率转换效率也是可行的。重要的是，单个双电池可以提供1.7 V的最小电势差以在实践中进行水裂解。避免额外的电极，双电池装置可以通过在镜面平面处的大带隙敏化剂膜来扩展，所述敏化剂膜来源于已知的电隔离磷光体存储材料，所述磷光体存储材料可以捕获否则浪费的高能辐射。提出了用具有铁电性和光催化活性的具有相近能隙的Bi_2SiO_5取代TiO_2（金红石型）的设想。CuO_（1-x）具有较高的导电性，可作为新型背电极材料。此外，还讨论了环境友好的（Cs，FA）2（Na，Cu，Ag）Bi（I，Br）6钾长石太阳能吸收材料。或者，具有复杂超结构的热释电六方硫化碘化铋可以提供有希望的多带隙特征，其具有建议的单线态裂变能力作为固有性质以克服其较低的效率。
2016-01-26 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
Unraveling the defect landscape of wide-bandgap perovskites from electrical and photoelectrical characterization of thin films and solar cells
Institut Photovoltaïque d'Ile-de-France (IPVF)（法兰西岛光伏研究所）；Instituto de Física del Litoral (IFIS-Litoral), CONICET-UNL（海岸物理研究所，阿根廷国家科学研究和技术委员会-圣路易斯国立大学）；Facultad de Ingeniería Química, UNL（圣路易斯国立大学化学工程学院）；Instituto de Ciencia Molecular, Universidad de Valencia（瓦伦西亚大学分子科学研究所）
研究通过结合热电导谱与光电导方法，分析FA0.7Cs0.3Pb(I0.9Br0.1)3钙钛矿薄片中缺陷态的动力学和电学性质，发现晶格无序导致的指数带尾态及供体-受体平衡。
2026-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical investigation of the photovoltaic properties of MgSnN$_{2}$ for multi-junction solar cells
Institute of Nuclear Physics, Polish Academy of Sciences（波兰科学院核物理研究所）；Faculty of Sciences, Ibn Zohr University（伊本·祖赫尔大学理学院）
本文通过DFT和SLME计算研究了MgSnN₂的电子和光学性质，发现其带隙为2.45 eV，2μm薄膜在室温下效率达13.17%，多结结构使效率提升至22.42%。
2026-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Deriving a comprehensive dataset of optical constants for metal halide perovskites
University of Washington（华盛顿大学）；University of Oxford（牛津大学）；University of Cambridge（剑桥大学）
本研究推导了金属卤化物钙钛矿的综合性光学常数数据集，通过先进制备工艺和测量技术，结合Kramers-Kronig框架和插值方案，提供标准化的光学建模基础。
2026-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Comprehensive numerical analysis of doping controlled efficiency in lead free Cs(SnGe)I3 perovskites solar cell
本研究针对无铅钙钛矿太阳能电池的效率优化问题，结合DFT计算与SCAPS-1D、FDTD模拟，通过调控CsSn1-xGexI3的Ge掺杂浓度实现了23.80%的光电转换效率，为高性能无铅光伏器件设计提供了指导。
2025-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Sodium induced beneficial effects in wide bandgap Cu(In,Ga)S2 solar cell with 15.7% efficiency
University of Luxembourg（卢森堡大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；Uppsala University（乌普萨拉大学）；Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW)（巴登-符腾堡太阳能和氢能研究中心）
钠掺杂优化了宽禁带CIGS太阳能电池的结构和光电性能，使其达到15.7%的高效率。
2025-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Gradient bandgap enables >13% efficiency sulfide Kesterite solar cells with open-circuit voltage over 800 mV
本文针对硫化物CZTS太阳能电池电荷复合严重、效率停滞的问题，提出预结晶策略实现Cd梯度CZTS吸收层，最终获得13.5%全面积效率和超过800 mV的开路电压。
2024-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Map of the Zintl AM2Pn2 Compounds: Influence of Chemistry on Stability and Electronic Structure
本文基于第一性原理研究了AM2Pn2 Zintl相的基态结构、热力学稳定性和电子结构，发现其带隙覆盖0至3 eV以上，提出了多种太阳能吸收器和红外探测器候选材料，并指出Mg3Sb2因独特的价带口袋成为最具潜力的热电材料。
2025-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Stabilizing Solution-Substrate Interaction of Perovskite Ink on PEDOT:PSS for Scalable Blade Coated Narrow Bandgap Perovskite Solar Modules by Gas Quenching
针对Pb-Sn钙钛矿墨水在PEDOT:PSS上润湿不稳定导致刮涂薄膜质量差的问题，本文通过降低刮涂速度实现准静态润湿，并结合N2气体淬火，制备出无空隙、厚度均匀的窄带隙钙钛矿薄膜，最终实现了20%效率的太阳能电池和15.8%效率的微型组件。
2024-06-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Growth Route Toward III-V Multispectral Solar Cells on Silicon
迄今为止，已开发出用于空间应用的Ge或GaAs衬底上的高效多结太阳能电池，而地面应用受到高制造成本的阻碍。为了降低这种成本，我们提出了一种突破性的技术，在硅衬底上的III-V族化合物异质外延，而不会产生关键的光伏应用的缺陷。利用这种技术，我们期望实现异质Ga 1-xInxAs微晶在Si衬底上的完美集成。在本文中，我们证明了这是x=0的情况。在覆盖有SiO2纳米结构薄层的Si（100）晶片上通过外延横向过生长法生长GaAs晶体。通过MEB和TEM成像分析了这些晶体的晶体结构。显微拉曼和显微光致发光光谱的GaAs晶体生长与不同的条件下进行了比较，以有更多的了解最终的本地应变和他们的结晶与参考GaAs晶片。这项工作的目的是开发积木，以进一步开发一个GaAs/Si串联演示器的潜在转换效率为29.6%，在AM1.5G频谱下没有浓度，从我们的现实建模推断。本文表明，外延横向过生长有一个非常有趣的潜力，以发展多结太阳能电池的硅接近今天的30.3%的世界纪录的GaInP/GaAs串联电池在相同的照明条件下，但在一个昂贵的基板比硅。
2013-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Figure-of-merit for Semi-transparent Solar Cells
半透明太阳能电池（ST-SC）已成为最突出的能量收集技术之一，它结合了光透明和光电转换的优点。这些技术的最大机会在于将其作为窗户和天窗集成到能源可持续建筑中，或将其与其他太阳能电池技术串联配置。ST-SC的性能主要取决于将入射光转换为电力的能力的竞争参数之间的权衡，同时允许一些部分透射通过设备提供透明度。根据目标应用，选择ST-SC是一件棘手的事情，因为一些设备可能提供高效率，但会损害透明度，反之亦然。另一方面，由于材料工程、加工和表征的进步，研究小组报告了一种截然不同的效率和透明度组合，这一事实再次无助于此。因此，为了量化ST-SC的性能，我们提出了一个品质因数（FoM），它可以作为一个工具，可以帮助分析和比较各种ST-SC之间的性能。所定义的FoM集中于器件的功率转换效率、双面因子、所需区域中的透射率以及对应于550 nm波长的透射率。此外，在这项工作中，我们已经展示了如何提出的FoM可以相关的串联和建筑一体化的photopolics应用。基于这些结果参数，FoM计算和比较不同的设备架构，在文献中。所提出的FoM将为研究人员开发先进的ST-SC提供有意义的指导路径。
2022-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Low temperature synthesis of BiFeO$_{3}$ nanoparticles with enhanced magnetization and promising photocatalytic performance in dye degradation and hydrogen evolution
在这项调查中，我们已经合成了BiFeO $_{3}$纳米粒子通过不同的水热反应温度从200 $^{\circ}$ C到120 $^{\circ}$ C，以评估其可见光驱动的光催化活性，以及其适用于通过水分解制氢。在水热反应温度高达160 $^{\circ}$ C时形成菱方体钙钛矿结构的BiFeO $_{3}$，然而，在反应温度进一步降低时观察到混合硅线石相。XRD Rietveld分析、XPS分析和FESEM成像确保了在160 $^{\circ}$ C反应温度下形成了平均尺寸为20 nm的单相且结晶良好的纳米颗粒。在该特定反应温度下制备的纳米颗粒还表现出改善的磁化强度、降低的漏电流密度和优异的铁电行为。这些纳米颗粒在可见光范围内表现出相当高的吸光度，具有低的带隙（2.1 eV）。实验观察到的带隙与使用第一性原理计算计算的带隙非常一致。这些纳米颗粒良好的光催化性能能够产生比本体BiFeO $_{3}$以及市售Degussa P25二氧化钛产生的太阳能氢两倍多的氢。值得注意的是，对于在不同反应温度下制备的本体材料和纳米颗粒，实验观察到的带隙几乎相等。因此，在太阳能应用中，在160 $^{\circ}$ C反应温度下制备的BFO纳米颗粒的优越性可能不仅仅归因于它们的带隙，还归因于其他因素，例如减小的颗粒尺寸、优异的形貌、良好的结晶性、大的表面积与体积比、铁电性等。
2022-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Thermal-Carrier-Escape Mitigation in a Quantum-Dot-In-Perovskite Intermediate Band Solar Cell via Bandgap Engineering
本文合成高质量QDiP固体并制备IBSCs，通过温度依赖光电流测得IB→CB电子热逃逸活化能为204 meV，证明室温下可抑制热载流子逃逸。
2023-02-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
