肖克利-奎伊瑟极限
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在物理学中,肖克利-奎伊瑟极限(亦称细致平衡极限、精细平衡转换效率极限或SQ极限,或物理学名词辐射效率极限)太阳能电池使用单PN结从电池中收集能量的理论最大效率,其中唯一的损失机制是太阳能电池中的辐射复合。它是由威廉·肖克利和Hans-Joachim Queisser于1961年在肖克利半导体实验室首次计算出来的,结果是1.1 eV时最高效率为30%[1]。此极限是利用光伏电池生产太阳能最基本的原理之一,并被认为是该领域最重要的贡献之一[2]。
最初的计算使用6000K黑体光谱作为太阳光谱的近似值,随后的计算使用了测量的全球太阳光谱AM 1.5,并包括一个背面反射镜,它将带隙为1.34 eV的单结太阳能电池的最大太阳转换效率提高到33.16%[3],也就是说,所有落在理想太阳能电池上的阳光(约1000 W/2)的能量中,只有33.7%能够转化为电能(337 W/2)。最流行的太阳能电池材料硅的带隙为1.1 eV,效率最高可达32%左右。现代商用单晶太阳能电池的转换效率约为24%,这种损耗很大程度上是由于实际需要,比如电池正面的反射和电池表面细线的光阻塞。
肖克利-奎伊瑟极限仅适用于单PN结的传统太阳能电池,多层太阳能电池可以(而且确实)超越这一极限,太阳能热和某些其他太阳能系统也可以。在极端极限下,对于具有无限层数的多结太阳能电池,正常日照时的极限为68.7%[4],聚光日照时的极限为86.8%[5](参见光电转换效率)。