CIGS太阳能电池中的色彩工程：电光建模视角

《IEEE Journal of Photovoltaics》：Color Engineering in CIGS Solar Cells: An Electro-Optical Modeling Perspective

提升 colored Cu(In,Ga)Se2 太阳能电池颜色与效率协同优化研究，通过自洽电光模拟分析层厚度对光学特性与电学性能的影响机制，并建立颜色-几何-性能图谱，评估建筑光伏一体化应用中的美学适配与能源输出效率。

　　

摘要：

光伏面板通常是黑色或深蓝色的，这限制了它们与周围环境的融合。通过改变颜色来改善其外观可以促进更广泛的应用，尤其是在建筑集成应用中。要优化彩色Cu(In,Ga)Se2 (CIGS)电池的性能，需要深入理解层厚度如何影响颜色色调和效率。我们采用自洽的电光仿真方法来分析彩色CIGS太阳能电池。与以往仅关注光学特性的研究不同，我们的方法结合了光学和电学建模，以更准确地评估设备性能。通过考虑光的行为、电荷生成、复合过程和电传输，我们分析了层厚度的变化如何影响颜色和效率。此外，我们还研究了安装角度和光照条件对颜色感知和功率输出的影响。这项研究为理解彩色CIGS太阳能电池的工作机制提供了更深入的见解，有助于更精确地评估它们在不同应用中的实际性能。我们开发了一个颜色-几何形状-性能图，以评估制造的彩色CIGS太阳能电池是否同时满足美观和性能要求，并解释观察到的行为。

引言

自第二次工业革命以来，二氧化碳排放量的增加使得向可再生能源的转型变得至关重要，而光伏技术（PV）在其中发挥了关键作用。全球已安装的光伏容量接近1太瓦（TW），预计到2030年可能达到10太瓦，到2050年将达到30至70太瓦[1]。随着光伏技术的不断普及，其对建筑物和城市景观的视觉影响变得越来越显著，因此美观性成为广泛应用的关键因素[2]。然而，传统的太阳能面板通常是黑色或深蓝色的，往往难以与周围环境无缝融合，尤其是在建筑应用中。这一挑战推动了针对建筑集成光伏（BIPV）模块的色彩定制研究[3]。通过修改反射光谱，这些创新实现了精确的颜色控制，使太阳能面板能够与建筑结构融为一体，同时提升美观性[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]。然而，这些方法的缺点是，添加颜色需要在生产过程中增加额外的步骤，从而增加了设备的复杂性和总体成本。