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光伏（PV）技术对于向碳中和和可持续社会的转型至关重要。本文综述了光伏材料和技术的最新进展，包括限制光伏太阳能电池和模块效率的机制。

首先，德国尤利希研究中心Thomas Kirchartz、以色列魏茨曼科学研究所David Cahen和印度塔塔基础研究所Pabitra K. Nayak等人介绍了光伏效应以及在Shockley-Queisser模型框架下的太阳能到电能的转换效率损失。然而，所有光伏技术在这些理想化条件下都存在不足，从不完全的光吸收到光生载流子在电池中的复合导致的光电流和光电压损失。接近光伏技术的效率极限需要材料创新和器件设计，以最小化这些损失。太阳能电池的研究和开发提出了多种解决方案，这些方案与特定光伏材料的性质密切相关。为了提高效率超越Shockley-Queisser极限（单结约为33%），研究集中在多结太阳能电池的生产上。

尽管这些电池提供了更高的效率，但在集成到多结配置中时，单结技术与完整模块之间的性能差异凸显了从实验室实验到商业产品的挑战。

文章亮点总结

  1. 光伏技术的效率极限与挑战: 文章详细讨论了光伏技术的效率极限，特别是Shockley-Queisser模型下的理论极限，并指出了实际光伏技术在光吸收、载流子复合等方面的不足。通过材料创新和器件设计，可以最小化这些损失，提高效率。

  2. 多结太阳能电池的潜力: 多结太阳能电池通过使用不同带隙的材料，能够更高效地利用太阳光谱，从而超越单结电池的效率极限。文章指出，尽管多结电池在实验室中表现出色，但在商业化过程中仍面临诸多挑战。

  3. 新兴光伏材料的进展: 文章特别提到了钙钛矿材料和有机光伏材料的快速发展。这些材料因其低成本、易加工和高效率潜力而备受关注，但在长期稳定性和大规模生产方面仍需进一步研究。

4Kirchartz, T., Yan, G., Yuan, Y. et al. The state of the art in photovoltaic materials and device research. Nat Rev Mater (2025).

https://doi.org/10.1038/s41578-025-00784-4

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