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本科论文
学院、系
专业名称
2014年月日
Detailed Balance Efficiency Limits with Quasi-Fermi Level Variations
Abstract
A central assumption in detailed balance efficiency limit calculations has been that the light generated carriers are collected by drift transport processes and have an infinite mobility, giving rise to constant quasi-Fermi levels (QFL’s) across the solar cell. However, recent experimental and theoretical results for quantum well (QW) devices indicate that the QFL’s need not be constant across the device. It is shown in this paper that transport mechanisms which cause a variation in the difference between the electron and hole QFL’s give an increase in the limiting efficiency compared to previous detailed balance calculations. Further, QW solar cells which employ hot carrier transport across a well will have an efficiency limit in excess of a tandem solar cell while using the same number of semiconductor materials.
Index Terms?Detailed balance, hot carriers, quantum well solar cells, quasi-Fermi levels.
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基于准费米能级变化对细致平衡效率极限的影响
摘要
关键词:
对于几种类型太阳能电池结构,上面假定太限定和拓展,包括光子再利用对于原理的修正,比如俄歇光谱或其他太阳光谱.对于其他类型太阳能电池,上面假设是不真实的,在机制上是不完善的,首先没有考虑到辐射结合.应用细致平衡模型可以大体给出各种假设的结论.
以上假设可以应用于任何太阳能电池.因为费米能级,吸收率结合率和带隙在装置内会连续变化.为了计算依靠几何和结构的极限效率,又将做一些假定。最重要的假定就是光生载流子的迁移率无限大,意味着光子和空穴的准费米能级在装置内是平直的.此外,假定载流子在漂移输运被吸收,并且假定载流子的迁移率无限大,能从装置内任一区域到达另一区域复合.通过上述假定,电子和空穴产生的位置不再重要,因此,装置的几何影响是存在的,以上假设也是有根据的,至少代表最理想的假设,对于图1的参数确定的单节太阳能电池,它的极限效率是40.8%.
III.平直准费米能级的细致平衡
最大的效率损失是单带隙,单节太阳能电池对太阳光谱的利用率低,能量大于带隙的光子失去的能量去加热半导体晶体.由于载流子加热了边带.此外,光子能量小于带隙的部分没有被吸收.因此,这些能量也消失了.为了克服这些损失,单节太阳能电池可以增加几个能带.包括串联太阳能电池,异质结太阳能电池,双异质结太阳能电池,或者量子阱太阳能电池,也包括杂质光伏效应.
为了克服单节电池效率低的问题,串联太阳能电池结构已被多次研究过.在细致平衡模型多节太阳能电池,准费米能级在串联单隧道结已被数学方法证实一系列的独立单节拥有一样的短路电流在最大光照下,二节、三节和无限多节串联太阳能电池的效率分别是55.9%、63.0%、86.8%.
除了串联太阳能电池,其他多能带太阳能电池结构分析地相对较少.直到1990年,两个独立事件促进了太阳能电池的发展,这些事件是barnham和duggan提出的量子阱太阳能电池,并表明硅电池35%的效率利用了杂质光伏效应.然而,对于量子阱太阳能电池的细致平衡结论,我们假定连续的准费米能级没有利用从量子阱结构,极限效率和单节太阳能电池一
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