关于体光伏效应的能量转换效率

体光伏效应（BPVE）在体材料中产生定向光电流和光电压。与p-n结太阳能电池中的光电压受限于载流子复合而低于吸收材料带隙能量不同，BPVE的光电压已被证明可以大大超过带隙能量。因此，BPVE不受单结太阳能电池中太阳光转换为电能的Shockley-Queisser极限的限制，并且已有实验声称其效率超过了这一极限。在此，我们表明，BPVE的能量转换效率在实践中比单结太阳能电池的Shockley-Queisser极限低几个数量级，并且受到不同且更严格的限制。BPVE这个名称代表两种不同的基本效应：位移电流和注入电流。在这两种效应中，产生电能所必需的电压偏置会加速本征载流子和光生载流子。我们讨论了能量守恒本身如何从根本上将BPVE限制在一个依赖于带隙的值，该值仅在带隙非常小时才超过Shockley-Queisser极限。然而，窄带隙材料具有大量本征载流子，导致高电导率，从而抑制了光电压。我们进一步讨论了如何从高电阻率（高电压所需）与长弹道输运长度（高电流所需）之间的权衡中，推导出对注入（弹道）电流略微更严格的基本限制。我们还解释了错误的高效率实验和理论声称是如何产生的。最后，我们计算了一种曾被建议作为高效率BPVE太阳能电池候选材料的二维示例材料的能量转换效率，并表明其效率与已知三维材料的效率非常相似。