利用先进光伏架构突破单结极限
应用物理
2023-05-22 v1 材料科学
摘要
在单结光伏（PV）器件中，可实现的最大功率转换效率（PCE）主要受热化与透射损失限制，因为多色太阳辐照无法与单一带隙匹配。人们正在研究若干降低这些损失的概念，如经典的垂直多结电池、'横向'叠层电池，以及以光子上/下转换形式出现的多激子生成。虽然在理论上效率可超过 90%（Landsberg 或热力学极限），但在可加工性、成本与光谱敏感性方面存在严峻的实际限制。在此，我们提出一个基于贝叶斯优化的仿真环境，能够预测并优化垂直与横向多结架构结合多激子材料的电学性能。关于垂直堆叠，我们表明通过优化多激子生成（MEG）层的带隙能量，双结可达到超越五结叠层器件（57%）的效率。此外，此类 MEG 与双结器件的组合对入射阳光的光谱变化具有高度韧性。我们指出了 PV 材料科学实现此类器件的三个主要挑战。关于横向架构，我们表明 MEG 层可能允许依据能隙定律降低非辐射电压损失。最后，我们展示该仿真环境能够利用从高通量实验获得的机器学习定量结构-性质关系，针对给定架构虚拟优化活性层（如膜厚与给体-受体比例）。因此，该仿真环境构成了通向 PV 材料数字孪生的关键基石。
引用
@article{arxiv.2305.11815,
title = {Bypassing the single junction limit with advanced photovoltaic architectures},
author = {Larry Lüer and Marius Peters and Dan Bornstein and Vincent M. Le Corre and Karen Forberich and Dirk Guldi and Christoph J. Brabec},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.11815},
year = {2023}
}
备注
12 pages, 4 images