學者建立新型太陽能電池模型，超越80年前的蕭克利二極體方程式

史雲斯大學（Swansea University）和奧布學術大學（Åbo Akademi University）的物理學家通過建立一個新的分析模型，在太陽能電池技術方面取得了重大進展。該模型加深了人們對薄膜光伏（PV）裝置的理解，並提高了其效率。

史雲斯大學和奧布阿卡德米大學的新模型提高了薄膜太陽能電池的效率。它解決了傳統蕭克利二極體方程的侷限性，最佳化了電力收集並最大限度地減少了重組損耗。研究人員開發出一種新的分析模型，挑戰了長期以來的蕭克利二極體方程，加深了人們對薄膜光伏（PV）裝置的理解，提高了其效率。他們的研究結果闡明了這些靈活、低成本的太陽能電池如何通過平衡電力收集和最大限度地減少電荷重組損耗來實現更高的效率。

蕭克利二極體方程式（Shockley diode equation）建立了PN接面二極體的電流 I 和電壓 V D 的關係。這個關係是在二極體的電流-電壓特性曲線（又稱伏安特性）：

近八十年來，蕭克利二極體方程一直在解釋電流如何流過太陽能電池；電流為您的家庭供電或為電池組充電。然而，這項新研究挑戰了人們對下一代太陽能電池（即薄膜太陽能電池）這一特定類別的傳統理解。由於現有分析模型無法完全解釋的因素，這些由柔性低成本材料製成的薄膜太陽能電池效率有限。

這項新研究揭示了這些太陽能電池如何實現最佳效率。它揭示了收集光產生的電能與儘量減少電荷相互抵消的重組造成的損失之間的關鍵平衡。

第一作者、芬蘭奧布阿卡德米大學的 Oskar Sandberg 博士說：「我們的研究結果為瞭解低移動性光伏裝置中電荷收集的驅動和限制機制以及最終的功率轉換效率提供了重要見解。」

這些太陽能電池以前的分析模型存在一個盲點：「注入載流子」--從觸點進入裝置的電荷。這些載流子極大地影響了重組，限制了效率。

主要研究人員、史雲斯大學的 Ardalan Armin 副教授解釋說：「傳統模型無法捕捉全貌，尤其是對於這些採用低遷移率半導體的薄膜電池。我們的新研究引入了一個新的二極體方程式，專門用於解釋這些關鍵的注入載流子及其與光生載流子的重組，從而彌補了這一不足。」

注入電荷和光生電荷之間的重組在傳統太陽能電池（如矽光伏電池）中並不是一個大問題，因為矽光伏電池的厚度是下一代薄膜光伏電池（如有機太陽能電池）的數百倍。

這個新模型為設計更高效的薄膜太陽能電池和光電探測器、最佳化現有裝置以及分析材料特性提供了一個新框架。它還可以幫助培訓用於裝置最佳化的機器，標誌著下一代薄膜太陽能電池的開發向前邁出了重要一步。

• 編譯自/ScitechDaily

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