太阳能电池中载流子繁殖的最佳材料
来源： 2021-02-22 16:40:55
从这项新的研究代尔夫特理工大学(代尔夫特理工大学)和阿姆斯特丹的荷兰的大学中描述的所有新的进展和材料的载乘(CM)技术，在太阳能电池和光伏发电设备的开发和生产中的应用。
载波乘法是一个非常有前途的过程，如果成功应用，它可能会大大提高PV设备的效率。当单个光子的吸收导致多个电子的激发时，就会发生该过程。在传统的太阳能电池中，单个光子只能在整个电池的带隙中激发一个电子，这会使所有高能自由载流子随热量散发。
据称，载流子倍增技术有潜力使光伏电池更接近肖克利-奎塞尔(Shockley-Queisser)-通过检查每个入射光子提取的电能来计算得出的结果，即使用单个pn结的太阳能电池可能达到的最大理论效率。 。但是，迄今为止，仅在实验研究中将其应用于太阳能。
据荷兰研究人员称，选择能够有效利用太阳能电池中的CM及其带隙的半导体材料应在0.6-1.0电子伏特(eV)之间，这将导致最大理论效率约为44%。
他们描述了一系列有前途的半导体材料，并指出2D和块状材料表现出接近理想的CM，具有低阈值光子能量和可观的量子产率(QY)。量子产率描述了每个吸收的光子的激子平均数。
科学家们强调，要使该工艺在光伏设备中可行，必须满足三个主要条件。第一个是不对称的光激发，它使多余的光子能量移动到电子或空穴，从而CM阈值可以接近带隙的两倍。第二个条件是激子结合能必须足够小才能产生自由电荷载流子。此外，电荷载流子迁移率必须足够高，以便在PV器件中的电极上进行有效的电荷载流子传输和收集。
荷兰小组表示：“为了有效地收集太阳光谱并利用带隙以上的光子能量，带隙的值应在0.6-1.2 eV范围内。”“对于光电二极管应用，最佳带隙取决于要转换为光电流的光的波长。”它还解释说，这些条件是通过诸如渗透性硒化铅(PbSe)网络，大体积t铅(Sn-Pb)卤化物钙钛矿和二碲化钼(MoTe2)达到的。
学者们还建议，未来的研究应改善电子结构计算，以支持新材料的开发，在新材料中会出现不对称过渡，从而导致较低的CM阈值。他们的发现发表在《化学物理评论》上发表的论文《用于光伏中高效载流子倍增的新材料的出现》中。
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