用于开发光伏中高效载流子倍增的新兴材料
应用物理
2020-08-20 v2 材料科学
摘要
在常规太阳能电池半导体材料（主要为Si）中，能量高于带隙的光子最初产生热电子和空穴，随后通过声子发射冷却至带边。由于后一过程，电荷载流子超出带隙的能量作为热量损失，并不贡献于太阳能到电能的转换。若超出能量大于带隙，原则上可通过称为载流子倍增（CM）的过程加以利用，其中单个吸收光子产生两对（或更多）电子和空穴。因此，通过CM，高于两倍带隙的光子能量增强了太阳能电池的光电流。在本综述中，我们从基础理解、用于高效CM的新兴材料涌现，以及基于CM的太阳能电池应用方面讨论CM研究的最新进展。基于当前理解，在光子诱导从较深价带或非对称电子跃迁到较高导带的材料中，CM阈值可接近两倍带隙的最小值。此外，材料必须具有低激子结合能和高电荷载流子迁移率，以使光激发直接导致自由电荷的形成，并可在光伏器件的外电极处被提取。耦合PbSe量子点、Sn/Pb基卤化物钙钛矿以及如MoTe2的过渡金属二硫化物在很大程度上满足这些要求。这些发现为进一步开发用于高效光伏的新材料指明了有前景的方向。
引用
@article{arxiv.2008.07827,
title = {Emergence of New Materials for Exploiting Highly Efficient Carrier Multiplication in Photovoltaics},
author = {Sourav Maiti and Marco van der Laan and Deepika Poonia and Peter Schall and Sachin Kinge and Laurens D. A. Siebbeles},
journal= {arXiv preprint arXiv:2008.07827},
year = {2020}
}