太陽電池の効率を制限する原理

1つは、詳細釣り合いの原則が提唱されていることです。

詳細釣り合いの原則は、効率の太陽エネルギーバッテリー制限理論が最も重要で最も一般的に使用される方法であると考えています。

RoosbroeckとShockleyの詳細釣り合いこの概念は、応用物理学ジャーナル（Journal of Applied Physics）の1954年に記事を送信します。

1961年WilliamShockley、HansJ Queisserが応用物理学を送りましたpnjunction太陽電池記事の効率の詳細釣り合い限界、この記事では、推論するいくつかの仮定に基づいて、効率の概念の詳細釣り合い限界（効率の詳細釣り合い限界）を提唱します効率限界を計算するために使用される式から、31％の単一接合太陽電池効率限界であると結論付けられます。

次のようないくつかの仮定のうち：

図１では、太陽および電池は、太字でそれぞれ６０００ｋおよび３００ｋの温度として想定された。

2、化合物の電子と正孔は放射再結合（放射再結合）のみであり、これは詳細なバランス原理によって必要とされます。

3、Radiativereの組み合わせは、特定の化合物全体のほんの一部であり、残りは放射線（非放射線）です。

2つの熱源間の温度（Tsource）および300 k〜6000 k（Tsink）は、カルノーサイクルによって制限されます。エネルギー変換効率は95％です。

この値は、バッテリーの光子放出損失を考慮していません。モデルは、太陽自身の温度を維持するために、太陽に戻るエネルギーの損失を想定しています。光子損失を考慮した補正モデルであり、プロセスが可逆的であり、カルノーサイクルの条件を満たすと仮定すると、結果として得られる変換効率は93.3％です。

第二に、最適化のすべての要因、太陽電池は最終的に効率の限界に達することができます

電気、光学、材料を含むすべての要素が最適化されている場合、太陽電池の効率は最終的に何の限界に達する可能性がありますか？それは人々の最も関心事の1つであり、望ましい方向へのあらゆる種類の最適化です。詳細釣り合いの原則の重要性は、それが理論上の最小限界であり、現在はカルロ効率より低く、ラングフォート（ランツベルク）限界より低く、客観的に最高効率に到達できることです。

この理論には、次のようないくつかの仮定があります。

1、エネルギーだけが吸収できる光子の帯域幅よりも大きく、小さくはありません。

2、光子はペアしか生成できません。

図３に示されるように、光子エネルギーの吸収は、対を刺激するために使用され、電子正孔対のポテンシャルエネルギーとして蓄積される。

4、放射再結合のみ。

5、半導体材料は黒体の振る舞いと完全に一致します。

それについて不注意：太陽が6000 kの黒体仮説（通常）である場合、彼は、0波長から始まる、光子エネルギーの異なる波長からの異なる放射のエネルギーフローの「プランク黒体放射分布」の方法に従います。半導体の下限の帯域幅に。エネルギー損失の一部として300kバッテリーの温度（室温）が避けられないと仮定するような太陽電池への暴露は、特定の温度の物体が放射エネルギーにバインドされているのでバッテリーがあります。放射線の方法は何ですか？まず第一に300k以下の「プランク黒体放射分布」に従わなければなりません。第二に、エネルギーは形成する正孔の分布の「悪い」（私はそれを位置エネルギーと呼びます）ので、次の下限に対応する波長はエネルギーは「位置エネルギー」の値のすべての帯域幅を破壊しています。

セル全体を取得するための太陽の光子エネルギー分布は、可変積分エネルギーとしてエネルギーを吸収します。バッテリー短絡電流密度=（放射光子から-バッテリー自体が電子から離れている）X（電力）;電圧=「差」ペア;出力電力= X電流電圧;理論上の限界=エネルギー出力/入力エネルギー。

複雑ですが、数学の本質を掘り下げることはそれほど問題ではありません。あなたが太陽から制限していることを意味し、あなたは放射線を吸収することに加えて、あなたも一部を外に出さなければなりません（理解するのが難しいが物理的な場合）、あなたが利用できる最後の制限は効率制限です。脳の印象に関するいくつかの興味深いデータ：集光器なしで1つの太陽（バッテリー）の場合、帯域幅が全波長範囲をカバーするのでN層（N無限大）を実行できる場合、最大68.2％の効率しか得られません。 45800太陽濃縮器では、シリコン太陽電池は最大で40.8％以下であり、1太陽でシリコンセルの30.0％以下です。

これは限界の理論であり、これよりも高く、現在の人々の理解によれば、それは不可能です。

プログラムを使用して計算できるこの基本方程式。一般的な最初のステップは、ブラックボディ放射式に従って短絡電流と逆飽和電流を計算することです。次に、電流電圧を使用して、出力電力Poを計算します。電圧関数、最良の電圧を得るための導関数のみを含み、次に最良の効率を見つけます。仮定の現在の1つを計算するときにこの理論を使用するのは、「光子はペアを作成できる」ということです。したがって、効果的に使用される光子の数、電荷生成の数、基本電気に電流を掛けます。

詳細釣り合い限界効率は、その仮定が非常に厳密であるため、高くありません。 「光子はペアにしか当たらない」など（実際には、衝撃イオン化の方法では、すでに複数の光子ヒットペアを行うことができます）。ここでも、エネルギーは、光子エネルギーの禁止されたバンド幅よりも小さく、吸収されません（実際の状況と実験は完全に吸収されていないことを示しました、多くは一種の「励起子吸収、またエネルギー伝達の存在」と呼ばれています。

このページには、機械翻訳の内容が含まれています。