Кратко — две большие группы PV-технологий $монокристаллическийкремнийитонкоплёночныематериалы$ имеют общие фундаментальные ограничения $термализацияэнергиифотоноввышеEg,невозвратноеизлучениепринесоответствииспектра—Shockley–Queisser$, но конкретные доминирующие механизмы потерь и практические пути роста КПД различаются. Ниже — сравнение по ключевым потерям и наиболее перспективным фундаментальным подходам к росту КПД.

1) Фундаментальные пределы

Shockley–Queisser $одно­ступенчатаяячейкапри1‑sun$ — максимум для идеального одно­переходного устройства ~33–34% при оптимальном Eg ≈1.3–1.4 eV. Для кремния $Eg\approx 1.12eV$ теоретический предел одно­перехода — порядка 29–30% $деталёжезависитотспектраидопущений$. Для материалов с более большим gap $CdTe\approx 1.45eV,оптимальнонастроенныеперовскитыит.п.$ пределы одно­перехода сравнимы с оптимальным значением при их Eg.Многоступенчатые структуры $2,3иболеепереходов$ и концентрация света поднимают теоретические пределы значительно: два перехода для обычного спектра могут дать ≈40–43%, три — ≈45–50% $порядковыевеличины,зависятотоптимальностиband‑gapраспределения$.

2) Основные механизмы потерь и как они проявляются в Si vs тонкоплёнках

A. Оптические потери

Кремний:
Отражение от поверхности $решаетсяантирефлекснымипокрытиями,текстурой$.Недостаточная абсорбция в ИК $длинноволноваячасть$ из‑за косвенной природы поглощения → для полного поглощения нужны толстые пластины $\approx 150–200мкм$ или эффективное трапление света.Тепловизация $избыточнаяэнергияфотоноввышеEgтеряетсякактепло$ — существенна, т. к. Si имеет ниже оптимального Eg.Тонкоплёнки $CdTe,CIGS,перовскиты,a‑Si$:
Сильное поглощение $прямыепереходы$ → можно делать слои в десятки/сотни нм, меньше оптических потерь на толщине.Паразитное поглощение в буферах/TCO/контактах может стать важным $особенновтонкихструктурах$.Неравномерное спектральное покрытие — более высокий Eg уменьшает тепловизацию, но урезает Jsc.

B. Рекомбинация $радиационнаяинерелятивистская$

Кремний:
Bulk SRH‑рекомбинация на дефектах и в следствие примесей $длямонокристаллаэтонебольшая,ноограничивающаяприбольшихтолщинахипринесовершеннойпассивации$.Auger‑рекомбинация — фундаментальный предел при высоких уровнях инжекции/при высокой концентрации тока; именно Auger часто лимитирует Voc/FF для лучших Si‑ячеек.Радиативная рекомбинация мала $индиректныйполупроводник$, поэтому достижение радиативного предела трудно.Тонкоплёнки:
Высокая плотность дефектов на границах зерен и интерфейсах → SRH‑рекомбинация зачастую доминирует, сильно режет Voc $большойVoc‑дефицит=Eg/q-Voc$.Для прямозонных материалов $перовскиты,CdTe$ радиативная рекомбинация сильнее — теоретически можно добиться Voc ближе к радиативному пределу, если убрать негати́вные нердиативные каналы.Для аморфного Si — Staebler–Wronski и другие деградации.

C. Сбор носителей и транспорт

Кремний:
Большая толщина даёт большие расстояния для диффузии — у хорошего монокристалла длина диффузии может превосходить толщину, но при механическом истончении важно light‑trapping и пассивация.Контакты, шунты и серия сопротивления — важны, но хорошо отработаны $PERC,TOPCon,HJTит.п.$.Тонкоплёнки:
Короткие длины диффузии в поликристаллических/аморфных пленках → ограничение по толщине/структуре переходов.Интерфейсные барьеры, энергетические выравнивания $блокинг/селективныеконтактныеслои$ критичны для сбора и минимизации рекомбинации.

3) Практические KPI: Voc‑дефицит, Jsc, FF

Тонкоплёнки обычно имеют больший Voc‑дефицит $из‑занегат\acute{и}вныхнерадиативныхканалов$ и хуже FF, даже при хорошем Jsc. Si близок к радиационному пределу по Jsc и FF в лучших лабораторных образцах, но Voc ограничен Auger и практической пассивацией.

4) Какие подходы обещают существенный рост КПД $иограничения$ A. Тандемы / многоступенчатые ячейки $наиболеепрактическаяиэффективнаястратегиясейчас$

Суть: разделить спектр между материалами с разными Eg, уменьшить тепловизацию и увеличить суммарный V.Практическая реализация: перовскит/кремний $перовскитсверху,Si—низ$, перовскит/перовскит $двухпереходные$, классические III‑V многоступенчатые под концентрацией.Потенциал: двухступенчатые тандемы теоретически ≈40–43% при 1‑sun; перовскит/Si уже показали реальные приросты и представляют наиболее реалистичный путь для коммерческой Si‑платформы.Ограничения: стабильность, термальное согласование, оптическая и электрическая интеграция, производственные проблемы.

B. Наноструктурирование и light‑management

Текстуры, фотонные кристаллы, наноповерхности, нанопровода/наносэндвичи увеличивают path‑length и локальное усиление поля → позволяют истончать Si, сохраняя поглощение.Плюс: в тонких структурах уменьшает bulk‑рекомбинацию $меньшеобъёмадлядефектов$.Минусы: увеличивает поверхностную площадь → рост поверхностной рекомбинации, требует идеальной пассивации; дополнительные потери на рассеяние/поглощение в металлах $плазмоника$ и сложность производства.

C. Повышение качества материала и пассивация интерфейсов

Для тонкоплёнок: уменьшение дефектности зерен $контрольроста,добавки$, оптимизация TCO и буферных слоёв, селективные контакты и passivation $например,2D‑слоинаперовскитах$ критичны для снижения неродиативной рекомбинации.Для Si: оптимизация поверхностной пассивации $Al2O3,SiO2$, селективных контактов $HIT,TOPCon$, оптимизация допинга чтобы минимизировать Auger при компромиссе Jsc.

D. Новые концепции $болеефундаментальные,нопокатехнологическисложные$

Hot‑carrier cells $уловитьфотоэлектроныдоихтепловизации$ — высокий теоретический потенциал, но нужна сверхбыстрая экстракция и подавление упругих процессов.Multi‑exciton generation / carrier multiplication — теоретически увеличивает число пар на один высокоэнергетический фотон; на практике малая эффективность.Intermediate‑band solar cells — возможность использовать суб‑Eg фотонов; серьёзные проблемы с неабсорбирующими рекомбинационными центрами и контролем позиций уровней.Photon‑management $up/down‑conversion$ — требует эффективных материалов и интеграции без паразитных потерь.

5) Что даёт наибольший выигрыш в ближайшие 5–10 лет

Для Si: наиболее реалистичное и быстрое улучшение — перовскит/Si тандемы $существенныйростсуммарногоКПД$, плюс оптимизация пассивации и селективных контактов. Light‑trapping + истончение wafer с сохранением абсорбции даёт преимущества при сохранении низкой рекомбинации.Для тонкоплёнок: борьба с интерфейсной и зеренной SRH‑рекомбинацией, улучшение качества TCO, селективных контактов и стабильности $особеннодляперовскитов$ — это даст реальные увеличения Voc и FF. Тандемы на базе перовскитов $perovskite-on‑perovskite,perovskite‑on‑CIGSит.п.$ также перспективны.Для больших прыжков КПД $выше40$ — многопереходные структуры $III‑Vподконцентрациейилигибридныеперовскит/III‑Vидр.$ остаются единственно реалистичным путём, но высокая стоимость и сложность производства ограничивают широкое применение.

6) Резюме $сравнениеподоминирующимпотерям$

Монокристаллический кремний:
Доминирующие: тепловизация высокоэнергетичных фотонов, Auger‑рекомбинация при высоких плотностях тока, частично оптические потери в ИК $из‑закосвенногоперехода$.Лучшие практики для роста КПД: пассивация, селективные контакты, light‑trapping, и, ключевой путь — тандем с материалом более высокого Eg $перовскит$.Тонкоплёночные материалы:
Доминирующие: неродиативная рекомбинация $зерна,интерфейсы$, Voc‑дефицит, паразитное оптическое поглощение в контактных/буферных слоях; потенциально лучшее оптическое поглощение на малой толщине.Лучшие практики: улучшение кристалличности и пассивации, корректная энергетическая выравнивающая контактная архитектура, тандемные структуры, стабильность материалов $особенноперовскитов$.

Заключение

Если цель — быстрый и значимый рост КПД на существующей Si‑платформе — наиболее перспективно интегрировать высококачественные тонкие верхние слои $перовскиты$ в тандем с Si и одновременно доводить пассивацию/селективные контакты в Si до предела.Для тонкоплёнок ключ к росту — устранение неродиативных каналов рекомбинации и интерфейсных потерь; тандемы с оптимальным подбором bandgaps — главный путь к превышению пределов одно­ступенчатых систем.Экзотические концепции $hot‑carrier,intermediatebandидр.$ имеют высокий теоретический потенциал, но для практического коммерческого прорыва потребуют фундаментальных материаловедческих и технологических решений.

Если хотите, могу:

привести численные оценки SQ‑пределов для конкретных Eg $Si,CdTe,CIGS,перовскитдиапазонов$;подробно расписать технические методы пассивации/контактов для уменьшения конкретных типов рекомбинации;сравнить экономику и масштабируемость разных путей $тандемыvsнаноструктурыvsIII‑V$.