过渡金属硫化物多junction太阳能电池趋向多色限制

过渡金属硫化物(TMDs)和其他范德华(vdW)半导体允许实现转移印制、无晶格错配的堆叠式多junction光电器件，促使在现实材料和光学约束下重新审视多junction详细平衡限制。本文构建了统一的热力学框架，用于多junction光伏器件，可定义明确的器件窗口约束、光学边界条件以及发光/熵惩罚，从而界定任何现实可实现的多junction光伏器件可接近多色限制的程度。通过应用于保守的TMD带隙窗口(1.0-2.1 eV)，我们表明可及带隙窗口导致大junction数(N)效率限制：在完全浓缩条件下，无约束梯度可达84.5% (N=50)，而TMD窗口在约63.4%处趋于平台。这一效率平台由带隙之外的光子决定，因此在实际可实现的转移印制器件堆叠中，辐射质量和光学因素在N>5个junction时占主导地位。我们确定了一个可实现的N=5梯度 Eg~(2.10,1.78,1.50,1.24,1.00)eV，并将每个台阶映射到候选vdW/TMD吸收材料。利用互易性和发光热力学，我们量化了有限外部辐射效率、双面发射和发光耦合的惩罚，并引入上向发射发光功率作为熵损失的指示器。整合色散吸收和纳米光学厚度限制后，我们为转移印制堆叠提供了实际厚度和光学管理目标。最后，将理想化的非互易多junction模型插入互易优化梯度，提供保守的效率优势估计，这些结果与单junction几乎没有好处相符，但对多junction TMD器件具有可测量的效率提升。