超越80年前的太阳能电池方程式

斯旺西大学和奥博学术大学的物理学家通过开发一种新的分析模型提高了对薄膜光伏(PV)设备的理解和效率，在太阳能电池技术方面取得了重大突破。

近八十年来，所谓的肖克利二极管方程解释了电流如何流过太阳能电池;电流为你的家庭供电或为电池组充电。然而，这项新研究挑战了这种对特定类别的下一代太阳能电池的传统理解，即：薄膜太阳能电池

这些由柔性、低成本材料制成的薄膜太阳能电池由于现有分析模型无法完全解释的因素而效率有限。

这项新研究发表在PRXEnergy上，揭示了这些太阳能电池如何实现最佳效率。它揭示了收集光产生的电能与最大限度地减少复合造成的损失之间的关键平衡，复合时电荷相互抵消。

“我们的研究结果为驱动和限制低移动性光伏设备电荷收集以及最终的能量转换效率的机制提供了关键见解，”主要作者、芬兰奥博学术大学的奥斯卡·桑德伯格博士说。

此前这些太阳能电池的分析模型有一个盲点：“注入载流子”——从触点进入器件的电荷。这些载流子对复合有显著影响，并限制了效率。

“传统模型根本无法捕捉到全貌，特别是对于这些具有低迁移率半导体的薄膜电池，”首席研究员、斯旺西大学副教授阿尔达兰·阿明(ArdalanArmin)解释道。

“我们的新研究通过引入一个新的二极管方程解决了这一空白，该方程专门用于解释这些关键的注入载流子及其与光生载流子的复合。”

桑德伯格博士补充道：“在传统太阳能电池(如硅光伏电池)中，注入电荷与光生电荷之间的复合并不是一个大问题，硅光伏电池比有机太阳能电池等下一代薄膜光伏电池厚数百倍。”

阿明副教授说：“沃尔夫冈·泡利是有史以来最聪明的理论物理学家之一，他曾经说过&luo;上帝创造了本体，表面则是魔的作品。&ruo;由于薄膜太阳能电池的单位体积界面面积比传统硅大得多，难怪它们会受到&luo;魔的作品&ruo;的更严重影响——即宝贵的光生电荷与界面附近注入的电荷重新结合。”

这种新模型为设计更高效的薄太阳能电池和光电探测器、优化现有设备以及分析材料特性提供了一个新框架。它还可以帮助训练用于设备优化的机器，标志着下一代薄膜太阳能电池的开发向前迈出了重要一步。