導(dǎo)讀：美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家通過將砷化鎵薄膜堆疊到具有玻璃夾層的叉指背接觸硅太陽能電池上來模擬III-V族太陽能電池。科學(xué)家們已經(jīng)完成了一些初步的微型模塊集成工作，但最終需要大規(guī)模擴(kuò)展才能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。該電池目前的有效面積為1cm2。

一塊2英寸的單晶砷化鎵晶片。圖片：La2O3，維基共享資源

美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的一組研究人員通過將砷化鎵(GaAs)薄膜堆疊到具有玻璃的叉指背接觸(IBC)硅太陽能電池上，模擬了四端串聯(lián)III-V族太陽能電池夾層。

該研究項(xiàng)目的主要作者AdeleTamboli表示，雖然我們已經(jīng)完成了一些初步的微型模塊集成工作，但最終仍需要大規(guī)模擴(kuò)展才能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。她補(bǔ)充說，在解決了幾個(gè)挑戰(zhàn)后，這些細(xì)胞可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。組件電池都已在工業(yè)規(guī)模上得到證明。但是，成本仍然很高，需要降低。

該器件的有源面積為1cm2，并聲稱與在研究水平上構(gòu)建的類似電池相比具有更高的效率，因?yàn)镚aAs吸收層的厚度得到了優(yōu)化。科學(xué)家解釋說，如果吸收層太薄，通過頂部電池的傳輸會(huì)增加，底部電池將在較低電壓下收集高能光子。如果吸收層太厚，接近吸收層材料的少數(shù)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，產(chǎn)生的載流子會(huì)過早復(fù)合，光子能量會(huì)以熱量的形式損失掉。

GaAs電池通過金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)在GaAs襯底上生長(zhǎng)。吸收層厚度在1.5到3.5微米之間，以達(dá)到2.4微米的預(yù)期最佳值。厚度為300微米的IBC電池由德國(guó)哈默林太陽能研究所（ISFH）提供。學(xué)者們表示，串聯(lián)是通過將處理過的GaAs電池堆疊在非晶硅底部電池的頂部，并在其間使用一層用于反轉(zhuǎn)的相同環(huán)氧樹脂薄層來組裝的。然后將所得電池在室溫下固化24小時(shí)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)GaAs厚度超過1.5微米時(shí)，采用這種設(shè)計(jì)開發(fā)的所有四端串聯(lián)電池的效率均超過32%。具有厚度為2.8微米的吸收層的電池顯示出最高的頂部電池和串聯(lián)效率，分別為26.38%和32.57%。雖然這里的GaAs頂部電池的填充因子(FF)略有下降，但I(xiàn)BC底部電池的效率略高于之前使用的硅異質(zhì)結(jié)底部電池，研究小組強(qiáng)調(diào)說。

研究結(jié)果和電池描述可在發(fā)表在《應(yīng)用物理快報(bào)》上的論文“OptimizationoffourterminalrearheterojunctionGaAsonSiinterdigitatedbackcontacttandemsolarcells”中找到。