AM:单晶硅太阳能电池光电转换效率突破理论极限

文摘   2024-11-12 09:08   山东  

单晶硅太阳能电池是目前应用最广泛的太阳能电池之一,根据Shockley–Queisser (S-Q)理论,单节单晶硅太阳能电池的光电转换效率(PCE)被限制在30%以内,有超过50%的能量以热损耗的形式浪费掉,进而限制了电池PCE的提升。如何突破S-Q理论极限,大幅度提升太阳能电池的PCE,是学术界目前面临的难题之一。

为了突破S-Q理论极限,人们采用了多种方法,如提高太阳能电池的外量子效率,使其大于100%;以及通过降低温度抑制太阳能电池热损耗,进而提升太阳能电池的PCE等等。但由于受到各种因素的影响,如载流子冻析效应等,突破S-Q太阳能电池的理论极限,仍是学术界面临的一大挑战。

 

台州学院李志刚教授和特拉华大学魏秉庆教授共同合作,通过多种单色光和AM1.5,研究了单晶硅太阳能电池的PCE随温度变化关系。首次发现,在超低温条件下,如30-50 K硅太阳能电池PCE可达50-60%,约为其室温下PCE2-3(不同光照下略有区别),突破了单晶硅太阳能电池的S-Q理论极限。此外,研究还发现光的穿透深度可以有效的控制低温下载流子的冻析效应通过改变光的穿透深度,可以将太阳能电池的工作温度拓展至10 K,打破了单晶硅太阳能电池无法在超低温下正常工作的限制。该研究为超高PCE太阳能电池的制备,以及超低温环境下太阳能电池的应用,提供了的实验依据。

上述研究工作得到了国家自然基金项目5237119751671139的支持。

论文信息:

Doubling Power Conversion Efficiency of Si Solar Cells

Zhigang Li*, Yingda Chen, Renqing Guo, Shuang Wang, Weike Wang, Tianle Wang, Shuaitao Zhao, Jiteng Li, Jianbo Wu*, Zhongwen Jin, Sihan Wang, Bingqing Wei*

Advanced Materials

DOI: 10.1002/adma.202405724


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