载流子迁移率与能带对齐工程对胶体量子点太阳能电池效率的作用

我们利用自洽计算建模研究了胶体量子点（CQD）太阳能电池的基于物理的设计。定量探讨了能带对齐工程和优化的载流子迁移率作为体相 CQD 中带隙下缺陷密度（N_t）函数的意义。对于 $N_t \leq 10^{15} cm^{-3}$，CQD 与金属接触界面附近的能带对齐工程可通过抑制正向偏置暗电流显著改善开路电压。该效应可使较薄 $(< 1 \mu m)$ CQD 层的电池效率提升至约 37%。对于较厚 $(> 1 \mu m)$ 的 CQD 层，能带工程效应减弱，因为正向偏置暗电流变为扩散限制且较少依赖于界面能带偏移。CQD 中的最佳载流子迁移率位于约 10^{-2} cm^2/Vs - 10^0 cm^2/Vs 范围，并随 CQD 层厚度和界面能带偏移变化。对于 $N_t \approx 10^{14} cm^{-3}$，在 AM1.5G 太阳光谱下，经过优化设计的电池可在不采用纳米结构电极等先进结构优化的情况下提供约 20% 的效率。这些物理见解有助于更好地理解量子点太阳能电池设计，向高效低成本太阳能电池技术迈出进一步步伐。