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下, 硅太阳能电池PCE可达50-60%，约为其室温下PCE的2-3倍(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（52371197，51671139）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

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI3NTE3MjUyOA==&mid=2664657230&idx=3&sn=c6c70296704fcd3c786e852e663be3bc

热辐射与微纳光子学

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