第35卷，第2期 2015年2月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
三光子量子剪裁系统后置提高太阳能电池效率
Vol. 35,No. 2-pp325-328 February, 2015
姚文婷，陈晓波，程欢利，周固，邓志威，李永良，严大东，彭芳麟
北京师范大学物理系与应用光学北京重点实验室，北京100875
摘要稀土离子材料量子剪裁的研究能有效的提高基质发光材料的发光效率，近年来量子剪裁也不断的在太阳能电池领域取得比较重要的位置，利用稀土离子掺杂材料能有效的获得三光子量子剪裁能拓展太阳光谱的响应范围，同时在太阳能电池中产生多个电子空穴对，电子空穴对多元化有效的减少能量损失以及太阳光谱利用范围的拓宽有效提高了太阳能电池的效率，根据量子剪裁的理论设置相应的具有下转换系统太阳能电池的物理模型及等效电路图，根据太阳能电池效率计算的细致平衡原理求得其最大的极限效率，把稀土离子三光子量子剪裁应用于实际太阳能电池的应用价值进行粗略的估算，三光子量子剪裁系统后置太阳能电池时可以得到最大效率为58.58%，与Trupke双光子下转换模型相比效率有很大的提高。三光子系统后置太阳能电池理论模型的设置比较好的证明了稀土材料三光子量子剪裁对于推进太阳能电池课遇的发展具有重要意义。
关键词太阳能电池；极限效率；量子剪裁；三光子
中图分类号：P182.3
引言
文献标识码：A
DOI: 10, 3964/j. issn, 10000593(2015)02032504
阳电池的带隙相匹配，利用三能带系统吸收一个高能光子下转换成两个低能光子增加电池的效率到39.63%，这一理念为量子剪裁荧光粉在太阳能电池的应用提供了理论指导。
太阳能电池发电已经发展为一种干净可靠绿色的发电技术1。能源在化石燃料日益紧缺的现在，提高太阳能电池的转换效率是现今各国就太阳能电池间题研究的重点，“阳光计划”也成为寻求经济发展的新动力。目前国际上多采用增加pn结的数量和选择合适的材料来改进太阳能电池的转换效率，然而多结电池效率的关键限制因系是材料的禁带宽度和晶格匹配不能同时达到最佳["]，而太阳能电池的光谱可以拓展到远红外范围[1]。卡诺定理分析可以得到太阳能电池的热力学效率为93%，但是通过细致平衡原理，标准的p Ⅱ结半导体光电转换效率在材料能带1.12eV的硅晶极限效率约为33%4。利用低维系统提高太阳能已经有部分进展."}，常规的太阳能电池中的能量损耗源于吸收高能光子过程中的载流子热化损耗，如果太阳能电池中每个人射光子可以产生多于一个以上的电子空穴对，这样的热化损失便可以大大的减少。在半导体太阳能电池中为减少这种损耗采取的一种办法就是使得载流子多元化，即能量大于太阳能电池材料能隙的人射光子产生的电子空穴对多元化。Trupke 等"提出利用下转换原理把高能光子下转换成低能光子与太
收稿日期：2014-02-09，修订日期：2014-05-08
Chen等"利用稀土离子量子剪裁原理有效的获得三光子红外量子剪裁，稀土离子作为量子剪载掺杂材料，在提高太阳能电池效率方面相信能够做出较大的贡献，
我们就需规的太阳能电池申接人稀土离子材料即下转换材料构成下转换系统太阳能电池，建立了相应的模型来计算这种电池的转换效率。
1太阳能电池下转换系统模型
为了避免电池吸收高能光子引起的电池中电子空穴对的热化损失，常规的太阳能电池必须对高能光子保持透明，没有下转换系统的情况下只有通过染料分子的染料敏化太阳能电池实现，面一般的太阳能电池材料均为半导体材料。近年来在常规的半导体太阳能电池加人荧光下转换器把太阳光谱中高能的光子下转换成低能光子也实现了减少热损耗，荧光转换器置于需规电池后表面比置于电池的上表面光学损失更少，后置能避免前置时光从转换器向前表面辐射到环境申的光学损失，为找到三光子量子剪裁的最理想极限效率我们仅
基金项目：中央高校基本科研业务费专项基金项目(212-105560GK)和国家自然科学基金项目(10674019)资助
作者简介：姚文婷，1987年生，北京师范大学物理系硕士研究生
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