热载流子太阳能电池是几十年前提出的概念，长期以来一直被视为太阳能技术的潜在突破。这些电池可能超越肖克利-奎瑟效率极限，这是单结太阳能电池的理论最大效率。尽管前景光明，但实际实施仍面临重大挑战，特别是在管理跨材料界面的热电子快速提取方面。

最近的研究重点是利用导带中的卫星谷在收集之前暂时储存热电子。然而，实验表明，在吸收层和提取层之间的异质结构界面处存在寄生势垒。这个障碍使传输过程变得复杂，该过程发生在实空间而不是动量空间。当两种材料的能带不完全对齐时，电子可以通过隧穿绕过这个障碍，这是一个受复杂能带结构影响的过程。

在《能源光子学杂志》上发表的一项新研究中，研究人员使用经验伪势方法研究了这些瞬时状态及其对电子隧穿的影响。这种方法计算动量空间中的能带，并将它们与临界点的实验数据对齐，从而深入了解了载流子谷态之间和异质界面之间热载流子提取的物理原理。

这一发现让我们对隧穿过程有了更深入的了解，并可能为更高效的热载流子太阳能电池指明方向，使我们更接近突破当前太阳能技术的效率极限。

具体而言，研究表明，由于铟铝砷化物 (InAlAs) 和铟镓砷化物 (InGaAs) 结构中的能带不匹配，隧穿系数(衡量电子穿过势垒的难易程度)呈指数级增长。即使界面处只有几个原子厚的轻微粗糙也会加剧这一问题，从而严重阻碍电子传输。这些发现与使用该材料系统的实验设备性能不佳的观察结果相一致。

有趣的是，在包含 AlGaAs 和砷化镓 (GaAs) 材料的系统中，情况得到了显著改善，其中屏障中的铝成分在较低能量卫星谷中产生了退化。这样的系统受益于能带更好的对齐和以原子精度生长的能力。

例如，AlGaAs 和 GaAs 之间的电子传输隧穿系数可高达 0.5 甚至 0.88，具体取决于所用 AlGaAs 的具体成分。这表明传输过程效率更高，并且有可能利用谷光电并实现超越当前单带隙极限的太阳能电池

在由 AlGaAs/GaAs 制成的高电子迁移率晶体管中，电子通常从 AlGaAs 移动到 GaAs。然而，GaAs 中的热载流子可以获得足够的能量转移回 AlGaAs，这一过程称为实空间转移。虽然这在晶体管中通常是不受欢迎的，但对于谷地光伏来说却是有益的，因为热载流子的有效转移和存储至关重要。

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