Photoacoustic and photothermal and the photovoltaic efficiency of solar cells: A tutorial

Author:

Bento A. C.1ORCID,Cella N.2ORCID,Lima S. M.3ORCID,Nunes L. A. O.4ORCID,Andrade L. H. C.3ORCID,Silva J. R.3ORCID,Zanuto V. S.1ORCID,Astrath N. G. C.1ORCID,Catunda T.4ORCID,Medina A. N.1ORCID,Rohling J. H.1ORCID,Muniz R. F.5ORCID,Berrar J. W.1ORCID,Malacarne L. C.1ORCID,Weinand W. R.1ORCID,Sato F.1ORCID,Belancon M. P.6ORCID,Schiavon G. J.7ORCID,Shen J.8ORCID,Miranda L. C. M.9,Vargas H.10,Baesso M. L.1ORCID

Affiliation:

1. Departamento de Física, Universidade Estadual de Maringá, 5790, Maringá 87020-900, PR, Brazil

2. Instituto Politécnico, IPRJ, Universidade do Estado do Rio de Janeiro, UERJ, P.O. Box 97282, Nova Friburgo 28601-970, RJ, Brazil

3. Centro de Estudos em Recursos Naturais—CERNA, Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul-UEMS, Dourados 79823-351, MS, Brazil

4. Instituto de Física de São Carlos, Universidade de São Paulo, 369, São Carlos 13560-970, SP, Brazil

5. Departamento de Ciências, Universidade Estadual de Maringá, Goioerê 87360-000, PR, Brazil

6. Departamento de Física, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco 85503-390, PR, Brazil

7. Departamento Acadêmico de Eletrônica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Via Rosalina Maria dos Santos, 1233, Campo Mourão 87301-899, PR, Brazil

8. National Research Council Canada, Energy, Mining and Environment Research Centre, 4250 Wesbrook Mall, Vancouver, British Columbia V6 T 1W5, Canada

9. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, SP, Brazil

10. Centro de Ciência e Tecnologia, Laboratório de Ciências Físicas, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Av. Alberto Lamego 2000, Campos dos Goytacazes, RJ 28015-620, Brazil

Abstract

Optical losses are the major drawback to overcome in the solar energy industry and development. Conversion of solar radiation into heat accounts for over 80% of the incident solar energy, which is driven by several aspects like the chosen design and encapsulation of the devices, built-in materials, and the mismatch between the solar spectrum and the active cell's bandgap energy. Photoacoustic (PA) and photothermal (PT) methods are characterization techniques based on the heat generation after the illumination of a material and respective detection. Since the beginning of the solar panel industrial development, these methods have been successfully applied to evaluate the photovoltaic efficiency of devices and the thermophysical parameters of related materials. Here, we present the state-of-art of application of these PA and PT methods to characterize solar cell devices and their built-in materials. Historical aspects, conceptual mechanisms of the basic phenomena, and perspectives on their application for energy-conversion measurements in the new frontier of solar cell research will be discussed.

Funder

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Financiadora de Estudos e Projetos

Agência Nacional de Energia Elétrica

Fundação de Apoio ao Desenvolvimento do Ensino, Ciência e Tecnologia do Estado de Mato Grosso do Sul

Fundacao Araucaria

Publisher

AIP Publishing

Subject

General Physics and Astronomy

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