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吸收系数的能量依赖性对太阳能转换效率的影响
摘要： 在大多数情况下，评估单结或多结（含中间能带）太阳能电池效率时，吸收系数的能量依赖性常被忽略。本研究将评估需要考虑这种依赖性的光学厚度范围及平均吸收系数范围。我们采用随能量随机生成的多种吸收系数进行此项研究。实际应用中，许多情况下的效率往往低于预期值。
关键词： 光学厚度、能量依赖性、中间带太阳能电池、太阳能转换效率、吸收系数
更新于2025-09-23 15:21:21
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在143倍聚光条件下转换效率达47.1%的六结III-V族太阳能电池
摘要： 单结平板式地面太阳能电池的光电转换效率理论上最高约为30%，但采用多结结构和聚光技术可使实际效率大幅提升。迄今为止，四结III-V族聚光太阳能电池展现了最高的转换效率。本研究采用单片串联倒置变态六结结构，在143倍太阳聚光下的直接光谱条件下实现了47.1%的转换效率。将该结构调整为全球光谱模式时，其单太阳光照下的全球效率达到39.2%。通过III-V族半导体合金成功制备出六结近乎最优的带隙组合。为开发这些结区，必须将晶格失配III-V族合金中的穿透位错降至最低，防止亚稳态四元III-V族合金发生相分离，并掌握复杂结构中的掺杂剂扩散规律。进一步降低该结构内的串联电阻，有望实现超过50%的转换效率。
关键词： III-V族太阳能电池、多结太阳能电池、聚光太阳能电池、太阳能转换效率
更新于2025-09-19 17:13:59
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应用矿物学亮点 || 4. 薄膜太阳能电池中黄铜矿型Cu2ZnSe4与锌黄锡矿型Cu2ZnSnSe4吸收层的微观结构分析
摘要： 采用多晶化合物半导体作为光吸收功能层的薄膜太阳能电池，在太阳能转换效率方面持续取得改进，因而成为成熟硅基太阳能电池的有力竞争替代方案。1905年，爱因斯坦发表了关于光电效应的全面物理解释[1]，为后续光伏技术研究奠定了理论基础。然而光伏器件的实际应用直到约50年后才起步，数十年来始终作为航空航天等领域的利基技术存在。其中硅(Si)属于（非本征）元素半导体，因其储量丰富成为最早应用于太阳能电池的吸光材料。受1970年代石油危机推动，太阳能转换技术研究终于获得重大发展契机，不仅硅基太阳能电池，基于化合物半导体的其他吸光层材料研究也得到更广泛探索——这些材料同时被用于解决硅基太阳能电池的若干严重缺陷：首先，单晶硅制备的高能耗导致能量回收周期漫长；其次，对结晶度和纯度的要求极高，且切割硅片时会产生大量材料浪费；此外，生长硅单晶时需掺入特定浓度杂质以形成非本征p型或n型导电性。尽管硅的带隙能量与太阳光谱决定的最佳能量值相当匹配，但作为间接半导体，其价带到导带的电子跃迁需要声子动量转移辅助。这种特定能量光子吸收与电子动量传递声子的协同要求，降低了光电荷载流子产生的概率，相应地必须增加吸光层厚度来补偿较低吸收系数。这些问题最终促使人们重新考量光伏技术在经济与生态层面的普适应用性，为采用化合物半导体的薄膜太阳能电池技术开辟了道路——这类化合物半导体具有本征导电性，且由于直接带隙电子跃迁（图4.1）而拥有更高吸收系数。
关键词： 硒锡矿型、黄铜矿型、吸收层材料、光吸收、微观结构分析、光伏技术、太阳能转换效率、化合物半导体、薄膜太阳能电池、硅基太阳能电池
更新于2025-09-16 10:30:52
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将单磷化硼与二硫化钼界面结合，以实现热电材料、二维激子太阳能电池和纳米压电电子学的超高性能源自
摘要： 基于新近合成的单磷化硼（BP）和广泛研究的二硫化钼（MoS2）构建的稳定超薄二维范德华异质双层，已被系统研究用于废热、太阳能及纳米机械能向电能的转化。该材料在800K温度下呈现巨大优值系数（ZT）>12（4）（p型/n型掺杂），创下迄今报道最高值。室温（300K）时p/n型掺杂的ZT分别达1.1（0.3），与PbTe-PbSnS2纳米复合材料在300K实测ZT=1.1相当，且优于Cu2Se-CuInSe2纳米复合材料（850K时ZT=2.6）及卤化银理论计算值（600K时ZT=7）。室温晶格热导率（????~49 Wm-1K-1）低于黑磷烯（78 Wm-1K-1）和砷烯（61 Wm-1K-1）。组分单层晶格参数的高度匹配使MoS2/BP II型范德华异质双层在K点保持直接带隙（BP与MoS2分别作为施主和受主材料）。发现超高载流子迁移率~20×103 cm2V?1s?1，超过先前报道的过渡金属硫族化合物基范德华异质结构。激子结合能（0.5 eV）接近单层MoS2（0.54 eV）和C?N?（0.33 eV）。计算表明单层MoS2/BP异质双层的功率转换效率（PCE）超20%，超越MoS2/p-Si异质结太阳能电池（5.23%）并与文中所列理论值相当。此外，其对可见光的高光学吸收（~10? cm?1）和小导带偏移（0.13 eV）使MoS2/BP在二维激子太阳能电池领域极具前景。当异质双层承受7%垂直压应变（相当于~1 kBar静水压）时，面外压电应变系数????从~3.16 pm/V增强四倍至~14.3 pm/V，这种可调控超薄二维纳米压电学中顶栅效应的高面外压电系数属新发现。鉴于BP已成功合成，这种多功能MoS2/BP异质结构的实验实现具有高度可行性。
关键词： 第一性原理计算、压电性、热电性、太阳能转换效率、激子太阳能电池
更新于2025-09-12 10:27:22
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单层HfTeSe4：一种有望实现高效太阳能电池的二维光伏材料
摘要： 目前，太阳能电池领域亟需具有高光伏性能的原子级薄层材料。本研究通过第一性原理计算，提出了一种优异的二维光伏材料——单层HfTeSe4，该材料可从其层状块体中可行剥离。它具有半导体特性，直接带隙适中（1.48 eV），在可见光区域展现出约10? cm?1的卓越吸收系数。同时，单层HfTeSe4表现出超高光电流和长载流子复合寿命，且应变工程可进一步调控载流子复合时间。此外，我们提出HfTeSe4与Bi?WO?构成的异质结有望成为太阳能电池，其光电转换效率可达约20.8%。这些卓越特性结合其实验可行性，使单层HfTeSe4在光伏器件应用中极具前景。
关键词： 吸光系数、太阳能转换效率、载流子复合、光伏、第一性原理计算、光电流
更新于2025-09-12 10:27:22