通过漂移-扩散模型探索逼近钙钛矿太阳能电池效率极限的途径

漂移-扩散模型是理解载流子动力学（输运、复合和收集）以及通过考虑多层器件结构中存在的各种载流子复合损失来模拟太阳能电池实际效率不可或缺的建模工具。通过使用漂移-扩散模型探索预测和逼近太阳能电池效率极限的途径，将使我们能够获得更多关于新兴光伏特别是钙钛矿太阳能电池的物理见解和设计指南。我们的工作发现，预测和逼近太阳能电池效率极限有两个先决条件。首先，在采用光学设计后需要对本征辐射复合进行修正，这将显著影响其在 Shockley-Queisser 极限下的开路电压。通过考虑热平衡下半导体材料发射和吸收之间的细致平衡，以及非平衡下的玻尔兹曼统计，我们提供了一种不同的方法来推导具有光学修正的半导体材料本征辐射复合的准确表达式。新表达式同时捕捉了吸收光子的光陷阱和发射光子的角度限制，这在传统的 Roosbroeck-Shockley 表达式中被忽略。其次，需要仔细设计电极的接触特性以消除电极处的电荷积累和表面复合。包含非选择性接触的选择性接触或阻挡层可抑制电极处的表面复合，这是另一个重要的先决条件。通过这两个步骤，利用漂移-扩散模型可以实现钙钛矿太阳能电池效率极限的准确预测和效率退化的精确评估。