太阳能是一种清洁的可再生能源。太阳能电池通常由吸收阳光并发电的半导体材料组成。然而，可以转化为电能的阳光量是有限的。理论上，标准单结太阳能电池的最大功率转换效率（PCE）限制在30%。这就是著名的“肖克利”鈥換ueisser极限”，这是在光吸收和电荷载体热化之间进行权衡后得出的结论。
为了克服这一限制并达到更高的效率，人们考虑了不同的太阳能电池设计。例如，热载流子太阳能电池（HCSC）利用光激发电子的多余动能（在它们失去热量之前）来改善PCE。然而，这样的设计并没有超过Shockley鈥換实践中的ueisser限制。这可能是由于他们对“非理想性”的敏感性简单地说，由于设计不完善、材料不理想或操作条件不理想等原因，偏离理想情况会使其PCE降至或低于Shockley鈥換ueisser限制。因此，转换策略需要考虑太阳能电池设计对此类非理想性的弹性。
在这种背景下，一个国际研究团队测试了一种新型太阳能电池结构——热载体多结太阳能电池（HCMJSC）对非理想设计和非最佳材料的弹性。HCMJSC由一个面板组成，面板上有一个薄的热载体顶部连接串联，连接到一个厚的冷底部连接。他们将其性能与多结太阳能电池（MJSC）和HCSC制定的参考标准进行了比较。他们的研究结果发表在《SPIE能源光子学杂志》（JPE）上。
正如《JPE》报道的那样，研究人员使用一个考虑多结和热载流子效应的模型来评估PCE，实现了一个标准的吸收模型。他们计算了PCE如何随入射强度、吸收体厚度、带隙、温度和热化速率（决定光电子失去额外动能的速率）等调谐参数变化。
对于优化设计，HCSC的PCE最高，其次是HCMJSC和MJSC。然而，对于非最佳设计（具有非最佳带隙和有限热化速率的材料），HCMJSC的效率下降相对较低，因此显示出对设计缺陷的优异弹性。
此外，与HCSC相比，HCMJSC对热载体热化的要求更为宽松。这使其超过了可用热化系数获得的最佳MJSC效率。它还拓宽了适用于设计HCMJSC的候选材料的范围。
最后，研究人员对操作条件下的弹性进行了测试，以确保不会以增加对外部条件的敏感性为代价来实现对设计缺陷的弹性。这是通过计算非理想太阳照明的年平均效率来实现的（使用标准参考光谱进行估计）：所有三种设计的平均效率都低于其标称值。虽然高带隙HCMJSC的表现与MJSC相似，但低带隙HCMJSC对光照效应更为敏感。
JPE主编肖恩·沙欣（科罗拉多大学博尔德分校）评论道， “自20世纪80年代初以来，热载体光伏技术就被提出作为一种实现更高效率的方法，打破了传统的“细节平衡”限制，但它们尚未在实践中实现。Giteau及其同事的工作提供了一种策略，通过放松近乎完美材料的限制，使其更接近实现，否则很容易降低真实世界的设备。"
总的来说，这项研究对影响太阳能电池性能的因素以及与其应用和该领域其他技术相关的弹性提供了重要见解，有可能为更好的太阳能电池设计打开大门。