载流子倍增与下转换第三代太阳能电池设计的理论效率比较

突破单结太阳能电池详细平衡极限的方法包括：将高能光子下转换以产生两个光子；以及载流子倍增，即高能光子产生多个电子-空穴对。这两种方法以相似的方式遵循能量守恒，并有效地在太阳能电池中产生更高的电流。由于这种相似性，人们一直假设这两种方法之间没有热力学差异。在此，我们使用基于基尔霍夫辐射定律的广义方法比较这两种方法，并开发了一个新的载流子倍增模型。我们证明，在载流子倍增系统中尝试实现一体化分裂需要付出熵惩罚，这使得在到达太阳能电池之前进行光谱分裂具有微小的热力学优势，从而具有效率优势。我们通过基本热力学恒等式的推导在解析上、通过求解最大效率在数值上、以及利用发热论证在一般意义上展示了这一点。我们的结果修正了关于太阳能电池中熵产生极限的现有文献，并在第三代光伏技术之间建立了新的区分。