光子限制太阳能电池：超越肖克利-奎伊瑟极限的前景
应用物理
2021-06-09 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
肖克利-奎伊瑟（SQ）极限由 W. Shockley 和 H. J. Queisser 于 1961 年提出，是单结光伏太阳能电池最公认的基本效率极限。对于广泛研究的半导体如 Si、GaAs 和卤铅钙钛矿，在标准太阳光照（1 太阳）下，带隙分别为 1.12 eV、1.43 eV 和 1.55 eV 时，其 SQ 极限分别为 32.7%、32.5% 和 31%。在此，我们提出，通过光子限制可超越单结太阳能电池的基本效率极限，在 1 太阳下将 Si、GaAs 和甲基铵碘化铅（MAPbI3）钙钛矿电池的理論极限大幅提升至 49%、45.2% 和 42.1%。这种提升可通过将发光光子限制在太阳能电池内部来实现，从而抑制非辐射和辐射复合损失，而在经典 SQ 模型中这些损失被视为不可避免。重要的是，限制太阳能电池的光子发射可将开路电压（VOC）提升至接近半导体带隙的值，超越 SQ 模型所预测的理论 VOC 值。电池的填充因子预计将大幅增加，从而在理想二极管工作下产生具有极高方度的电流-电压特性。我们的工作为超越传统极限提升太阳能电池性能引入了新框架。
引用
@article{arxiv.2106.04391,
title = {Photonically-confined solar cells: prospects for exceeding the Shockley-Queisser limit},
author = {Qian Zhou and Arfa Karani and Yaxiao Lian and Baodan Zhao and Richard H. Friend and Dawei Di},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.04391},
year = {2021}
}