研究目的
从第一性原理出发，研究非理想晶体的最大光伏效率，重点关注黄铜矿太阳能电池。
研究成果
研究表明，基于锡的铜锌锡硫硒（kesterite）材料因本征点缺陷存在严重的非辐射复合现象。通过外源掺杂和银合金化可缓解快速非辐射复合，降低复合中心浓度，从而将性能阈值提升至29%。
研究不足
该方法继承了基于体相特性的SQ方法的一些局限性，因此未考虑表面或界面复合效应，同时也忽略了缓冲层或窗口层中的寄生吸收效应。
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基于第一性原理的不完美晶体光伏效率上限
DOI：10.1039/D0EE00291G
期刊：Energy & Environmental Science
出版年份：2020
更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要：
肖克利-奎塞尔（SQ）极限为基于光吸收层带隙预测太阳能电池的光电转换效率提供了便捷的评估标准。实际上，鲜有材料能达到这一辐射极限。我们建立了一套理论框架和计算方法，从第一性原理出发预测非理想晶体的最大光伏效率。受陷阱限制的转换效率包含本征缺陷的平衡浓度、其载流子俘获系数及相应的复合速率。应用于铜锌锡硫硒（kesterite）太阳能电池时，我们揭示了Cu2ZnSnSe4存在20%的内在效率极限，远低于32%的SQ极限。通过研究原子替代效应和外源掺杂影响，我们找到了实现31%效率提升的可行路径。该方法可为未来太阳能技术中的靶向材料选择提供理论支持。
作者：
Sunghyun Kim，José A. Márquez Prieto，Thomas Unold，Aron Walsh
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