In this article, we present a detailed theoretical study to predict performance characteristics of single-junction indoor photovoltaic (PV) devices operated under white light emitting diodes (LEDs) having different spectral characteristics. Efficiency limits of both ideal and practical PV converters have been evaluated considering illumination by commercially available white LEDs. The obtained results have been generalized for white LED sources having a wide range of correlated color temperatures (CCTs) and fraction of blue in their corresponding spectrum. Depending on bandgap of the absorber material, both positive and negative correlations are observed between photon conversion efficiency of PV devices and CCT values of the white LED sources. For material bandgaps of ∼1.5 eV or lower, higher photon conversion efficiencies are obtained for warm glow white LEDs. On the contrary, white LEDs characterized to emit cool light are found to be more conducive for PV devices having absorber layer bandgaps of ∼2 eV or higher. The observed characteristics have been explained in terms of linewidth of the main emission peak and relative intensity of blue emission peak of the irradiating white LED spectrum. Based on the analysis of photon yield, three distinct bandgap ranges of the PV absorber material have also been identified, each of which represents different dependence of PV device performances on the white LED spectral characteristics. These results in effect provide the necessary guidelines for designing homojunction, heterojunction, or tandem PV devices suitable for operation under different practical white LED sources.

中文翻译：

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光谱变化白光发光二极管下不同吸收带隙的单结室内光伏器件的性能评估

在本文中，我们提出了一项详细的理论研究，以预测在具有不同光谱特性的白光发光二极管 (LED) 下运行的单结室内光伏 (PV) 设备的性能特征。考虑到市售白光 LED 的照明，已经评估了理想和实际 PV 转换器的效率极限。所获得的结果已被推广到具有宽范围的相关色温 (CCT) 和相应光谱中蓝色部分的白色 LED 光源。根据吸收体材料的带隙，在 PV 器件的光子转换效率与白光 LED 光源的 CCT 值之间观察到正相关和负相关。对于~1.5 eV 或更低的材料带隙，暖光白光 LED 可以获得更高的光子转换效率。相反，发现以发射冷光为特征的白光 LED 更有利于具有约 2 eV 或更高的吸收层带隙的 PV 器件。观察到的特性已根据主要发射峰的线宽和照射白光 LED 光谱的蓝色发射峰的相对强度进行了解释。基于光子产额的分析，还确定了 PV 吸收材料的三个不同带隙范围，每一个都代表了 PV 器件性能对白光 LED 光谱特性的不同依赖性。这些结果实际上为设计适用于不同实际白光 LED 光源的同质结、异质结或串联光伏器件提供了必要的指导。相反，发现以发射冷光为特征的白光 LED 更有利于具有约 2 eV 或更高的吸收层带隙的 PV 器件。观察到的特性已根据主要发射峰的线宽和照射白光 LED 光谱的蓝色发射峰的相对强度进行了解释。基于光子产额的分析，还确定了 PV 吸收材料的三个不同带隙范围，每一个都代表了 PV 器件性能对白光 LED 光谱特性的不同依赖性。这些结果实际上为设计适用于不同实际白光 LED 光源的同质结、异质结或串联光伏器件提供了必要的指导。相反，发现以发射冷光为特征的白光 LED 更有利于具有约 2 eV 或更高的吸收层带隙的 PV 器件。观察到的特性已根据主要发射峰的线宽和照射白光 LED 光谱的蓝色发射峰的相对强度进行了解释。基于光子产额的分析，还确定了 PV 吸收材料的三个不同带隙范围，每一个都代表了 PV 器件性能对白光 LED 光谱特性的不同依赖性。这些结果实际上为设计适用于不同实际白光 LED 光源的同质结、异质结或串联光伏器件提供了必要的指导。发现以发射冷光为特征的白光 LED 更有利于具有约 2 eV 或更高吸收层带隙的 PV 器件。观察到的特性已根据主要发射峰的线宽和照射白光 LED 光谱的蓝色发射峰的相对强度进行了解释。基于光子产额的分析，还确定了 PV 吸收材料的三个不同带隙范围，每一个都代表了 PV 器件性能对白光 LED 光谱特性的不同依赖性。这些结果实际上为设计适用于不同实际白光 LED 光源的同质结、异质结或串联光伏器件提供了必要的指导。发现以发射冷光为特征的白光 LED 更有利于具有约 2 eV 或更高吸收层带隙的 PV 器件。观察到的特性已根据主要发射峰的线宽和照射白光 LED 光谱的蓝色发射峰的相对强度进行了解释。基于光子产额的分析，还确定了 PV 吸收材料的三个不同带隙范围，每一个都代表了 PV 器件性能对白光 LED 光谱特性的不同依赖性。这些结果实际上为设计适用于不同实际白光 LED 光源的同质结、异质结或串联光伏器件提供了必要的指导。观察到的特性已根据主要发射峰的线宽和照射白光 LED 光谱的蓝色发射峰的相对强度进行了解释。基于光子产额的分析，还确定了 PV 吸收材料的三个不同带隙范围，每一个都代表了 PV 器件性能对白光 LED 光谱特性的不同依赖性。这些结果实际上为设计适用于不同实际白光 LED 光源的同质结、异质结或串联光伏器件提供了必要的指导。观察到的特性已根据主要发射峰的线宽和照射白光 LED 光谱的蓝色发射峰的相对强度进行了解释。基于光子产额的分析，还确定了 PV 吸收材料的三个不同带隙范围，每一个都代表了 PV 器件性能对白光 LED 光谱特性的不同依赖性。这些结果实际上为设计适用于不同实际白光 LED 光源的同质结、异质结或串联光伏器件提供了必要的指导。还确定了 PV 吸收材料的三个不同带隙范围，每个范围代表 PV 器件性能对白光 LED 光谱特性的不同依赖性。这些结果实际上为设计适用于不同实际白光 LED 光源的同质结、异质结或串联光伏器件提供了必要的指导。还确定了 PV 吸收材料的三个不同带隙范围，每个范围代表 PV 器件性能对白光 LED 光谱特性的不同依赖性。这些结果实际上为设计适用于不同实际白光 LED 光源的同质结、异质结或串联光伏器件提供了必要的指导。