近日，国际著名期刊Advanced Materials（《先进材料》IF=29.4）发表了151amjs澳金沙门侯绍聪教授研究团队关于太阳能电池效率极限理论研究的最新进展。论文题为“Understanding and Weakening Photon Recycling in Solar Cells to Approach the Radiative Limit”。151amjs澳金沙门2023级博士研究生郑皓峰为该论文的第一作者，侯绍聪教授为通讯作者。
为应对全球气候问题和能源危机，以光伏等为代表的新能源技术得以飞速发展，多种太阳能电池器件的光电转化效率已逐渐逼近传统理论效率极限。在光伏效率理论研究中，光子回收被认为是实现效率极限的重要手段。然而，由于现有光子回收理论模型的局限性，难以解释最新的实验结果。针对这一难题，侯绍聪教授团队基于细致平衡理论，提出一种新型光子回收模型，通过构建光子回收与光出耦和载流子复合两个过程中非辐射电压损失的关系，研究光子回收对效率极限的作用机制（图1）。该研究对比了削弱和增强光子回收两种情况，结果表明削弱光子回收有利于获得更高的理论效率极限，钙钛矿、硅、砷化镓太阳能电池的光电转化效率分别可达其理论极限的98.5%、94.9%和几乎100%（图2）。该研究还发现削弱光子回收有助于提高器件的稳定性。该工作深入研究了光子回收在太阳能电池中的作用，为进一步实现并突破现有效率极限提供新的思路。
图1 传统光子回收模型示意图（左）和新型光子回收理论模型（右）
图2 增强和削弱光子循环情况下的太阳能电池性能对比 ：(a) 电流密度-电压（J-V）曲线，(b) 太阳能电池的开路电压（VOC）和光电转化效率（PCE）
论文全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202405063
该项工作得到了国家自然科学基金等支持。
撰稿：郑皓峰 审稿：袁佳歆 责编：华小梅
