Exceeding the Shockley-Queisser limit in solar energy conversion

Energy and Environmental Science

Volumn 6, Issue 12, 2013, Pages 3508-3519

  Nelson, Cory A ^a   Monahan, Nicholas R ^a   Zhu, X Y ^a  

^a Och Spine at New York Presbyterian Hospitals   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CARRIER MULTIPLICATION; CARRIER SCATTERING; HOT CARRIER SOLAR CELLS; MULTIEXCITON STATE; POWER CONVERSION EFFICIENCIES; QUANTUM SUPERPOSITIONS; SHOCKLEY-QUEISSER LIMITS; SOLAR CELL DESIGN;

CHROMOPHORES; ENERGY CONVERSION; EXCITONS; EXPERIMENTS; HOT CARRIERS; PHOTONS; QUANTUM OPTICS; QUANTUM THEORY; SEMICONDUCTING ORGANIC COMPOUNDS; SOLAR CELLS; SOLAR ENERGY;

NANOSTRUCTURED MATERIALS;

ELECTRON; FUEL CELL; GRAPHITE; SOLAR POWER;

EID: 84887922467     PISSN: 17545692     EISSN: 17545706     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c3ee42098a     Document Type: Review

References (133)

1. M. Hoffert K. Caldeira A. Jain Nature 1998 395 881 884
2. N. S. Lewis D. G. Nocera Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006 103 15729 15735
3. J. Barber Chem. Soc. Rev. 2009 38 185 196
4. M. A. Green Prog. Photovoltaics 2001 9 123 135
5. C. Breyer A. Gerlach Prog. Photovoltaics 2012 21 121 136
6. M. A. Green, Third Generation Photovoltaics, Springer-Verlag, 2006
7. M. A. Alam M. R. Khan Am. J. Phys. 2013 81 655
8. L. C. Hirst N. J. Ekins-Daukes Prog. Photovoltaics 2011 19 286 293
9. P. Würfel and U. Würfel, Physics of Solar Cells, Wiley-VCH Verlag, 1998
10. P. T. Landsberg T. Markvart Solid-State Electron. 1998 42 657 659
11. W. Shockley H. J. Queisser J. Appl. Phys. 1961 32 510
12. M. A. Green K. Emery Y. Hishikawa W. Warta E. D. Dunlop Prog. Photovoltaics 2013 21 1 11
13. A. J. Nozik Phys. E 2002 14 115 120
14. G. F. Brown J. Wu Laser Photonics Rev. 2009 3 394 405
15. A. Luque A. Marti Phys. Rev. Lett. 1997 78 5014 5017
16. M. J. Keevers M. A. Green J. Appl. Phys. 1994 75 4022 4031
17. A. Martí E. Antolín C. R. Stanley C. D. Farmer N. López P. Díaz E. Cánovas P. G. Linares A. Luque Phys. Rev. Lett. 2006 97 247701
18. K. M. Yu W. Walukiewicz J. W. Ager, III D. Bour R. Farshchi O. D. Dubon S. X. Li I. D. Sharp E. E. Haller Appl. Phys. Lett. 2006 88 092110
19. P. K. Nayak G. Garcia-Belmonte A. Kahn J. Bisquert D. Cahen Energy Environ. Sci. 2012 5 6022 6039
20. L. Kronik N. Koch MRS Bull. 2010 35 417 421
21. B. Zacher J. L. Gantz R. E. Richards N. R. Armstrong J. Phys. Chem. Lett. 2013 4 1949 1952
22. R. Steim F. R. Kogler C. J. Brabec J. Mater. Chem. 2010 20 2499 2512
23. P. V. Kamat J. Phys. Chem. C 2008 112 18737 18753
24. R. T. Ross A. J. Nozik J. Appl. Phys. 1982 53 3813 3818
25. P. Wurfel Sol. Energy Mater. Sol. Cells 1997 46 43 52
26. D. König K. Casalenuovo Y. Takeda G. Conibeer J. F. Guillemoles R. Patterson L. M. Huang M. A. Green Phys. E 2010 42 2862 2866
27. K. Kempa M. J. Naughton Z. F. Ren A. Herczynski T. Kirkpatrick J. Rybczynski Y. Gao Appl. Phys. Lett. 2009 95 233121
28. R. Haight Surf. Sci. Rep. 1995 21 275 325
29. B. Brill M. Heiblum Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1996 54 R17280 R17283
30. P. Klemens Phys. Rev. 1966 148 845 848
31. G. Conibeer D. König M. Green J. Guillemoles Thin Solid Films 2008 516 6948 6953
32. N. M. Gabor Acc. Chem. Res. 2013 46 1348 1357
33. G. Conibeer D. König M. Green J. Guillemoles Thin Solid Films 2008 516 6948 6953
34. W. A. Tisdale K. J. Williams B. A. Timp D. J. Norris E. S. Aydil X.-Y. Zhu Science 2010 328 1543 1547
35. V. L. Colvin M. C. Schlamp A. P. Alivisatos Nature 1994 370 354 357
36. P. O. Anikeeva J. E. Halpert M. G. Bawendi V. Bulović Nano Lett. 2009 9 2532 2536
37. G. Konstantatos E. H. Sargent Nat. Nanotechnol. 2010 5 391 400
38. U. Bockelmann G. Bastard Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1990 42 8947 8951
39. U. Bockelmann Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1993 48 637 640
40. U. Woggon H. Giessen F. Gindele O. Wind B. Fluegel N. Peyghambarian Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1996 54 17681 17690
41. V. I. Klimov D. W. McBranch C. A. Leatherdale M. G. Bawendi Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1999 60 13740 13749
42. C. Burda S. Link M. Mohamed M. El-Sayed J. Phys. Chem. B 2001 105 12286 12292
43. J. M. Harbold H. Du T. D. Krauss K.-S. Cho C. B. Murray F. W. Wise Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2005 72 195312
44. R. D. Schaller J. M. Pietryga S. V. Goupalov M. A. Petruska S. A. Ivanov V. I. Klimov Phys. Rev. Lett. 2005 95 196401
45. C. Bonati A. Cannizzo D. Tonti A. Tortschanoff F. van Mourik M. Chergui Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2007 76 33304
46. K. Hyeon-Deuk O. V. Prezhdo Nano Lett. 2011 11 1845 1850
47. A. L. Efros V. A. Kharchenko M. Rosen Solid State Commun. 1995 93 281 284
48. E. Hendry M. Koeberg F. Wang H. Zhang C. de Mello Donegá D. Vanmaekelbergh M. Bonn Phys. Rev. Lett. 2006 96 57408
49. J. M. An A. Franceschetti S. V. Dudiy A. Zunger Nano Lett. 2006 6 2728 2735
50. H. Bao B. F. Habenicht O. V. Prezhdo X. Ruan Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2009 79 235306
51. A. Pandey P. Guyot-Sionnest Science 2008 322 929 932
52. L. Miaja-Avila J. R. Tritsch A. Wolcott W.-L. Chan C. A. Nelson X.-Y. Zhu Nano Lett. 2012 12 1588 1591
53. B. Cho W. K. Peters R. J. Hill T. L. Courtney D. M. Jonas Nano Lett. 2010 10 2498 2505
54. J.-S. Lee M. V. Kovalenko J. Huang D. S. Chung D. V. Talapin Nat. Nanotechnol. 2011 6 348 352
55. J.-H. Choi et al. Nano Lett. 2012 12 2631 2638
56. P. Avouris Nano Lett. 2010 10 4285 4294
57. A. H. Castro Neto N. M. R. Peres K. S. Novoselov A. K. Geim Rev. Mod. Phys. 2009 81 109 162
58. T. Winzer E. Malić Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012 85 241404
59. T. Winzer A. Knorr E. Malic Nano Lett. 2010 10 4839 4843
60. R. Kim V. Perebeinos P. Avouris Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2011 84 75449
61. W.-T. Liu S. W. Wu P. J. Schuck M. Salmeron Y. R. Shen F. Wang Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2010 82 081408
62. C. H. Lui K. F. Mak J. Shan T. F. Heinz Phys. Rev. Lett. 2010 105 127404
63. D. Sun Z.-K. Wu C. Divin X. Li C. Berger W. A. de Heer P. N. First T. B. Norris Phys. Rev. Lett. 2008 101 157402
64. H. Wang J. H. Strait P. A. George S. Shivaraman V. B. Shields M. Chandrashekhar J. Hwang F. Rana M. G. Spencer C. S. Ruiz-Vargas J. Park Appl. Phys. Lett. 2010 96 081917
65. S. Berciaud M. Y. Han K. F. Mak L. E. Brus P. Kim T. F. Heinz Phys. Rev. Lett. 2010 104 227401
66. N. M. Gabor J. C. W. Song Q. Ma N. L. Nair T. Taychatanapat K. Watanabe T. Taniguchi L. S. Levitov P. Jarillo-Herrero Science 2011 334 648 652
67. J. C. W. Song M. S. Rudner C. M. Marcus L. S. Levitov Nano Lett. 2011 11 4688 4692
68. M. Freitag T. Low P. Avouris Nano Lett. 2013 13 1644 1648
69. L. Chen Y. Hernandez X. Feng K. Müllen Angew. Chem., Int. Ed. 2012 51 7640 7654
70. K. J. Williams C. A. Nelson X. Yan L.-S. Li X.-Y. Zhu ACS Nano 2013 7 1388 1394
71. X. Yan X. Cui B. Li L. Li Nano Lett. 2010 10 1869 1873
72. X. Feng W. Pisula K. Müllen Pure Appl. Chem. 2009 81 2203 2224
73. M. L. Mueller X. Yan B. Dragnea L.-S. Li Nano Lett. 2011 11 56 60
74. E. Hendry F. Wang J. Shan T. Heinz M. Bonn Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2004 69 081101
75. S. Koc Cechoslovackij fiziceskij zurnal 1957 7 91 95
76. J. Tauc J. Phys. Chem. Solids 1959 8 219 223
77. V. S. Vavilov J. Phys. Chem. Solids 1959 8 223 226
78. H. J. Queisser Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2010 94 1927 1930
79. S. Kolodinski J. H. Werner T. Wittchen H. J. Queisser Appl. Phys. Lett. 1993 63 2405
80. A. Shabaev A. L. Efros A. J. Nozik Nano Lett. 2006 6 2856 2063
81. A. Shabaev C. S. Hellberg A. L. Efros Acc. Chem. Res. 2013 46 1242 1251
82. A. Franceschetti J. An A. Zunger Nano Lett. 2006 6 2191 2195
83. K. Hyeon-Deuk O. V. Prezhdo ACS Nano 2012 6 1239 1250
84. R. D. Schaller V. M. Agranovich V. I. Klimov Nat. Phys. 2005 1 189 194
85. R. J. Ellingson et al. Nano Lett. 2005 5 865 871
86. M. C. Beard et al. Nano Lett. 2007 7 2506 2512
87. M. C. Beard et al. Nano Lett. 2009 9 836 845
88. R. D. Schaller J. M. Pietryga V. I. Klimov Nano Lett. 2007 7 3469 3476
89. C. Sevik C. Bulutay Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2008 77 125414
90. M. T. Trinh et al. Nano Lett. 2008 8 1713 1718
91. M. T. Trinh et al. Nano Lett. 2011 11 1623 1629
92. M. T. Trinh et al. Nat. Photonics 2012 6 316 321
93. S. K. Stubbs et al. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2010 81 081303-R
94. M. Govoni I. Marri S. Ossicini Nat. Photonics 2012 6 672 679
95. A. G. Midgett H. W. Hillhouse B. K. Huges A. J. Nozik M. C. Beard J. Phys. Chem. C 2010 114 17486 17500
96. J. A. McGuire M. Sykora J. Joo J. M. Pietryga V. I. Klimov Nano Lett. 2010 10 2049 2057
97. M. C. Beard J. M. Luther O. E. Semonin A. J. Nozik Acc. Chem. Res. 2013 46 1252 1260
98. L. A. Padilha J. T. Stewart R. L. Sandberg W. K. Bae W.-K. Koh J. M. Pietryga V. I. Klimov Acc. Chem. Res. 2013 46 1261 1269
99. G. Nair M. G. Bawendi Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2007 76 081304
100. G. Nair S. M. Geyer L. Y. Chang M. G. Bawendi Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2008 78 125325
101. J. Pijpers et al. Nat. Phys. 2009 5 811 814
102. G. Allan C. Delerue Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2006 73 205423
103. J. Pijpers et al. J. Phys. Chem. C 2007 111 4146
104. M. Ben-Lulu D. Mocatta M. Bonn U. Banin S. Ruhman Nano Lett. 2008 8 1207 1211
105. I. Gdor H. Sachs A. Roitblat D. B. Strasfeld M. G. Bawendi S. Ruhman ACS Nano 2012 6 3269 3277
106. O. E. Semonin et al. Science 2011 334 1530 1533
107. J. B. Sambur T. Novet B. A. Parkinson Science 2010 330 63 66
108. L. A. Padilha J. T. Stewart R. L. Sandberg W.-K. Bae W.-K. Koh J. M. Pietryga V. I. Klimov Nano Lett. 2013 13 1092 1099
109. P. D. Cunningham et al. Nano Lett. 2011 11 3476 3481
110. C. Delerue G. Allan J. J. H. Pijpers M. Bonn Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2010 81 125306
111. G. Nair L.-Y. Chang S. M. Geyer M. G. Bawendi Nano Lett. 2011 11 2145 2151
112. M. B. Smith J. Michl Chem. Rev. 2010 110 6891 6936
113. J. C. Johnson A. J. Nozik J. Michl Acc. Chem. Res. 2013 46 1290 1299
114. S. Singh W. J. Jones W. Siebrand B. P. Stoicheff W. G. Schneider J. Chem. Phys. 1965 42 330
115. N. Geacintov M. Pope F. Vogel Phys. Rev. Lett. 1969 22 593 596
116. R. E. Merrifield J. Chem. Phys. 1968 48 4318
117. R. C. Johnson R. E. Merrifield Phys. Rev. B: Solid State 1970 1 896 902
118. A. Suna Phys. Rev. B: Solid State 1970 1 1716 1739
119. W.-L. Chan M. Ligges A. Jailaubekov L. Kaake L. Miaja-Avila X.-Y. Zhu Science 2011 334 1541 1545
120. W.-L. Chan M. Ligges X.-Y. Zhu Nat. Chem. 2012 4 840 845
121. D. J. Dexter J. Lumin. 1979 18/19 779 784
122. th DOE Solar Photochemistry Research Conference, Warrenton, Virginia, 2004
123. B. T. King, J. Michl, A. J. Nozik, M. A. Ratner and M. Winokur, DOE Solar Program Review Meeting 2004, Denver, Colorado, 2004
124. M. C. Hanna A. J. Nozik J. Appl. Phys. 2006 100 074510
125. B. Ehrler M. W. B. Wilson A. Rao R. H. Friend N. C. Greenham Nano Lett. 2012 12 1053 1057
126. B. Ehrler B. J. Walker M. L. Böhm M. W. B. Wilson Y. Vaynzof R. H. Friend N. C. Greenham Nat. Commun. 2012 3 1019
127. P. J. Jadhav A. Mohanty J. Sussman J. Lee M. A. Baldo Nano Lett. 2011 11 1495 1498
128. Z. R. Hong R. Lessmann B. Maennig Q. Huang K. Harada M. Riede K. Leo J. Appl. Phys. 2009 106 064511
129. D. L. Dexter J. Chem. Phys. 1953 21 836
130. W.-L. Chan J. R. Tritsch X.-Y. Zhu J. Am. Chem. Soc. 2012 134 18295 18302
131. W.-L. Chan T. C. Berkelbach M. R. Provorse N. R. Monahan J. R. Tritsch M. S. Hybertsen D. R. Reichman J. Gao X.-Y. Zhu Acc. Chem. Res. 2013 46 1321 1329
132. D. N. Congreve et al. Science 2013 340 334 337
133. X.-Y. Zhu Acc. Chem. Res. 2013 46 1239 1241