Pertes fondamentales dans les cellules solaires

Résumé Cet article examine les processus de perte intrinsèques qui conduisent à des limites fondamentales de l'efficacité des cellules solaires. Cinq processus de perte intrinsèques sont quantifiés, tenant compte de toute la radiation solaire incidente. Une approche analytique est adoptée pour mettre en évidence les mécanismes physiques, obscurcis dans des études numériques précédentes. Il est constaté que l'énergie libre disponible par porteur est limitée par un facteur de Carnot résultant de la conversion de l'énergie thermique en travail d'entropie libre, un facteur de Boltzmann découlant de l'inadéquation entre les angles d'absorption et d'émission et également de la thermalisation des porteurs. Il est démontré que dans un absorbeur à bande dégénérée, un avantage en énergie libre est obtenu par rapport à un absorbeur à niveaux d'énergie discrets en raison du transfert d'entropie lors du refroidissement des porteurs. Il est montré que la non-absorption des photons ayant une énergie inférieure à la bande interdite et l'émission de photons par le dispositif sont des processus limitants pour le courant. Toutes les pertes sont évaluées en utilisant la même approche, fournissant une description mathématique et graphique complète des mécanismes intrinsèques conduisant à l'efficacité limitante. Les pertes intrinsèques dans les cellules concentratrices et les dispositifs de séparation de spectre sont considérées et il est montré que les pertes intrinsèques dominantes sont théoriquement évitables avec des conceptions de dispositifs novatrices. Droits d'auteur © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.