提高光生伏打太阳能电池效率的垂直架构：理论与建模

光生伏打太阳能电池作为最初的染料基太阳能电池，尚未实现其作为低成本、可扩展能量转换系统的潜力。光生伏打电池的高效性能依赖于高染料溶解度和具有快速电子转移动力学的选择性电极。本文提出了一种新的光生伏打电池构型，去除了这些不切实际的要求。与传统的通过电极照亮器件的方法不同，新采用的垂直构型使光线从两个电极之间入射。这样，光吸收乃至电子生成分布在器件的整个深度上。因此，不再需要不合理的快速电极动力学。深度可根据染料浓度进行调整，从而更深的电池能够使用低溶解度染料。我们对提出的构型进行了数学建模，并展示了其相对于传统电池的优势。建立了一个数值模型用于更详细的分析，为实现高功率转换效率的器件参数提供了实用指南。分析表明，一旦实现高选择性电极和改进的染料/介体对，新构型的效率应可达到 13%。