过渡金属二硫化物太阳能电池理论效率上限超50%，但单层TMD难以实现载流子倍增

B910化工消息：5月1日，arXiv发表研究建立了一套广义细致平衡理论框架，全面评估了过渡金属二硫化物（TMD）太阳能电池的效率上限。该模型同时考虑了厚度相关吸收率、激子分辨的单层吸收率、载流子倍增（CM）量子产率上限（η_CM≤0.97）以及带有限热漏系数的热载流子（HC）引擎。

核心发现是：载流子倍增和热载流子提取共享同一个带隙以上光子能量池，因此载流子倍增并不能提高热载流子的热力学可逆效率上限。CM的作用仅在于将过剩能量利用从对冷却敏感的电压通道转移到收集电流中。

对于光学厚TMD，SQ最优带隙约1.3 eV，而CM/HC最优带隙降至1.0 eV附近，可逆效率超过50%。但对于WSe2等单层TMD（Eg=1.63 eV），仅约3.7%的AM1.5G光子满足E>2Eg条件，理想短路电流增益仅0.6%，载流子倍增几乎无效。块体TMD在10-50 nm厚度可显示显著HC增益，但即使很小的热漏（0.2 W/m²K）在500K温差下也意味着约100 W/m²的热损失。

结论是：高带隙单层TMD不是有效的一太阳光照CM候选材料；窄带隙块体TMD要超越SQ极限，必须同时实现能量选择性提取和声子工程冷却抑制。 （来源：arXiv）