辐射的自发辐射、自由能及限制松弛过程对太阳能转换效率限制的探讨
应用物理
2026-04-17 v1 材料科学
摘要
理解辐射的热力学以及光与物质之间的量子力学相互作用，对于理论目的以及技术性进步至关重要，例如确定关键过程如光能向可用能源转换效率的限制。在本报告中，我们讨论了这两个方面的物理学，其中将自发辐射作为一条途径，并突出了在评估能源收集效率时，这些描述的局限性。鉴于这些局限性，我们采用一种简化的方法来评估辐射的自由能，提供了一个评估各种光能向可用能源转换效率方面的框架。我们的ethods允许对光能向可用能源转换的热力学最大限制进行理论估计，约为74%。我们通过建模和准确再现Shockley-Queisser限制（约33%），来验证这一自由能估计，该限制对太阳能向可用能源转换效率施加了实际约束。除了自由能考虑之外，我们的模型还包含了各种过程，如自发辐射、非辐射热损失和光子上转换，允许我们评估这些过程的作用。该模型进一步表明，在某些条件下，最大转换效率可达到约48%，例如使用多junction太阳能电池或通过光子上转换。这些发现进一步表明，光能向可用能源转换的真实热力学限制可能更高（约为74%）。然而，准确估计这一限制需要更完整地理解光的热力学、光-物质相互作用以及它们之间的联系。
引用
@article{arxiv.2604.14982,
title = {Spontaneous Emission, Free Energy, and Relaxation-Limited Processes in Setting Limits on Solar Energy Conversion Efficiency},
author = {Sumanta Mukherjee},
journal= {arXiv preprint arXiv:2604.14982},
year = {2026}
}