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下一代铜铟镓硒（Cu(In,Ga)Se?）太阳能电池效率提升的挑战与机遇：范式转变的前景
摘要： 近年来，铜铟镓硒（Cu(In,Ga)Se2）光伏技术取得显著进展。尽管吸收层为多晶结构，其光电转换效率仍突破23%。虽然当前效率距理论极限尚有差距，但材料品质已接近能制备最高效太阳能电池的III-V族化合物。高载流子寿命、低开路电压损耗以及个位数百分比范围的外量子效率表明，采用新型器件结构可能带来下一轮效率提升。本文通过综述视角，阐述了提升铜铟镓硒太阳能电池转换效率的现存挑战与技术路径，重点提出非渐变吸收层设计、电荷选择性接触集成及光子循环效应最大化三大策略。基于半经验器件模型分析显示，这些方案可使AM1.5全球标准光谱下的电池效率达到29%，并论证了当前最先进的铜铟镓硒电池是否已受益于光子循环效应。
关键词： Cu(In,Ga)Se2、电荷选择性接触、光子循环、功率转换效率、太阳能电池
更新于2025-09-23 15:21:01
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背接触钙钛矿太阳能电池的器件物理
摘要： 背接触钙钛矿太阳能电池（PSCs）是进一步提升光电转换效率（PCE）的有力候选方案，已引发大量研究。但由于从器件物理角度尚未完全理解其工作机理，其全部潜力尚未实现。本研究通过将自由电荷传输的漂移-扩散模型与离子迁移电流及光子循环产生的发射载流子相结合，建立了背接触PSCs的详细光电模型。通过研究相关电学参数的影响，揭示了电荷产生、传输与复合之间的相互作用，从而进一步阐明基于背接触结构器件的设计原则。尽管背接触结构器件对电学参数较为敏感，但若能良好控制界面钝化与钙钛矿薄膜质量，预测可实现超过25%的高PCE。研究引入了不同导带/价带偏移量对高效功能材料的多种筛选机会。此外，模拟结果表明当平均离子浓度超过10^16 cm^-3时，可移动离子会降低器件性能。我们还指出光子循环能有效补偿辐射复合，从而提升开路电压。这些结果为背接触结构的载流子传输动力学、离子迁移及光子循环效应提供了新认知，可系统性地指导高效PSCs的设计改进。
关键词： 功率转换效率、离子迁移、背接触钙钛矿太阳能电池、光电模型、光子循环
更新于2025-09-19 17:13:59
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光子循环在钙钛矿发光二极管中的作用
摘要： 钙钛矿发光二极管最近突破了20%的外量子效率极限。这一数值无法用经典的光学耦合模型解释。本研究分析了光子循环（PR）在提升钙钛矿LED光提取效率中的作用。通过空间分辨光致发光与电致发光测量结合光学建模发现：当辐射效率足够高时，被限制在衬底和波导模式中的光子经反复再吸收和再发射过程，能显著增强光提取效果。该机制可使光子循环对总发光的贡献超过70%，与近期报道的高效率数据相符。虽然理论上光子循环可实现100%的耦合效率，但当前器件架构中电极吸收导致的寄生损耗限制了实际效率。为突破现有限制，我们提出通过减小注入电极面积的未来器件构型，以推动效率向100%迈进。
关键词： 外量子效率、发光二极管、光子循环、光学耦合输出、钙钛矿
更新于2025-09-16 10:30:52