首先说结论，截止到目前为止（2021年5月底），包括使用concentration手段在内，47.1%是最高的效率：

  上图是从文献里截取的，文章名字叫Solar cell efficiency tables (version 57)，太阳能领域的大牛Martin Green每半年会出一篇综述详细总结领域内的进展，现在已经写到57版了。

  这个最高效率是用六个层叠pn结串联而成，打破了在此之前由Fraunhofer ISE创造的46%的四结串联的记录。

  看完这个结论，在说说太阳能电池的发电效率能不能到80%以上。

  首先说以pn结为基础的半导体层叠太阳能电池，它的效率极限已经由半个世纪前的经典工作给出，又叫Shockley-Queisser极限。

  这个极限是由如下方式给出的，考虑一个在阳光下的太阳能电池，如果它要吸收阳光，那就必须也可以发光，至少在入射光角度的范围内是可以发光的。（更深的讨论要涉及到光的reciprocity，在这里就不展开说了）

  在这种条件下，太阳能电池吸光的同时也会发光，所以不可避免的会有能量损失，所以Shockley-Queisser两人在计算中给出，如果只有一个pn结，而且假设太阳能电池的辐射率最大（黑体辐射的情形），那么电池的理论极限是31%-33.5%（取决于电池的工作条件，因为完全在空气中或是在半导体基板上，向下的辐射能量不同，所以有所偏差。）

  到目前为止，单pn结不用聚光的太阳能电池效率29.1%的砷化镓电池，是由Alta Device制造出的，这个公司被中国的汉能公司收购了。

  如果想要打破这个极限，那么就必须突破两人在文章中提到的前提假设，假设共有如下七条：

  1.半导体只能吸收能量大于禁带宽度的光子。

  2.一个光子产生一个电子空穴对。

  3.辐射率&吸收率是1.

  4.只用一个pn结。

  5.载流子无限快的从高能级落回禁带边。

  6.无非辐射复合能量损耗.

  7.无聚光。

  其中真实器件一般无法达到3和6，所以真实器件的效率低于理论极限。

  最上面列举出的47.1%的最高效率，打破了其中的4和7，所以效率超过了单结的Shockley-Queisser极限，打破其他的假设各自会导致目前一些前沿太阳能电池的研究领域，在此不一一展开细说了。

  至于最高的理论极限，如果是使用半导体材料pn结的话，无穷多个pn结串联层叠，并且最大限度的聚集太阳光的话，理论极限超过80%（我记得是85%-86%但是记忆有些模糊了），但是制造难度将会无穷大。

  这是限制在半导体材料并且使用pn结的前提下。如果进一步放开这个假设，扩展到任何材料，那么太阳能电池的理论极限由Landsberg极限给出。

  Landsberg极限只取决于器件工作的两个热源（吸热和放热）之间的温度，一个是太阳的温度Tc，一个是地球温度TE，具体数值由下式给出。

地球温度大概是300K，太阳温度大概是6000K，照此估算Landsberg极限大概是93%左右。

作者：八云