Science综述：16种太阳能电池材料最高效率和未来挑战！
纳米人
2018-05-29
光伏技术能直接将太阳能转化为电能，提供一种实际可用的、可持续性的解决不断增长的能源需求的方案。近年来，光伏系统得到了前所未有的大规模发展和运用。光伏系统的成本受太阳能电池成本的影响，提高效率是降低太阳能利用成本的关键驱动力。
根据S-Q模型，利用具有1.34 eV带宽的的最优半导体，单结太阳能电池的光伏转化效率极限值是33.7%。几十年来，除了效率不断提高的Si基太阳能电池，并驾而行的还有一系列试图达到S-Q极限的薄膜材料。这些材料极有可能以低成本、少用量以及柔性形貌的优势实现接近极限的光伏转化效率。
图1. 各种光伏材料的极限值和目前水平（AM 1.5 太阳光谱）
图2. 太阳能电池已报道的电压和电流水平
2016年4月15日，Science杂志在线发表了Polman等人的综述文章：Photovoltaic materials: Present efficiencies and future challenges.
该文章非常详细和系统地总结了最具潜力的12类、共16种不同形貌的光伏材料目前所得达到的最高效率（10%~29%），并阐述了这些材料的局限性，提出了克服局限性和提高电池的整体性能的策略。
图3. 各种太阳能电池已报道的最高效率
图4. 效率超过20%的层状和接触式太阳能电池
图5. 近年来太阳能电池效率增长速率
表1. 光伏材料的技术优势和关键研究方向
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