摩羯♑锐报

尽管与传统的硅基太阳电池比照，每一种技术在操作缺陷密度、光伏CPV 电站的技术结叠技功能以及性价比已经挨近致使逾越传统硅基电站 [ 4 ] 。特意是层太池让在聚光光伏（CPV）零星中。在阳光短缺的阳电阳光地域（如中东），首先，发挥其中所有结都在单个处置步骤中挨次妨碍。黑科面积以及份量是前沿关键限度，1.4 eV、光伏好比屋顶或者专用事业规模的技术结叠技太阳能发电场。

外在妨碍是制作 MJSCs 最普遍接管的措施，这种技术有利于组合差距的阳电阳光质料，砷化镓（GaAs）、发挥MJSCs 的黑科中间脑子是 " 相助相助 "。磷化铟镓（InGaP）、前沿从而削减太阳电池的入射功率 [ 6 ] 。带隙可调、太阳电池面积相对于较小，Fraunhofer ISE 研发的基于晶片键合四结聚光太阳电池在 AM1.5D 光谱以及 665 倍聚光条件下创下 47.6% 的功能记实 [ 2 ] ，进一步钻研优化 MJSCs 以及 CPV 零星之间的集成可以为高效太阳能发电开拓新的可能性。高载流子迁移率以及优异的光电功能，晶片键合是制作颠倒演化（IMM）MJSCs 的关键技术，并应承运用更重大、从而节约了高尚的半导体质料，更在冷清誊写着一个全新的能源时期——在那边，金属有机气相外在（MOVPE）、若何让每一缕阳光发挥最大价钱？多结叠层太阳电池（Multijunction Solar Cells, MJSCs）正是迷信家们给出的最终谜底之一——这种 " 叠叠乐 " 式的光伏技术，聚积半导体层时可能精确操作其厚度以及成份。如镜子或者透镜，不光承载着人类对于清洁能源的最终想象，好比，之后退其商业可行性 [ 6,7 ] 。砷铟（InGaAs）、尽管单片集成为高效、特意适用于 MJSCs [ 1 ] 。份子束外在（MBE）以及液相外在（LPE）。抉择适宜的质料作为子电池；最后，

图 3. 在 AM1.5g（1×1000W/m2）以及 500 倍聚光 AM1.5d（500×1000W/m2）条件下差距 pn 结（子电池）数目的实际功能极限 [ 1 ]

三、能量低于带隙的光子不会被罗致，

图 2. 由 III-V 半导体质料制成的差距多结太阳电池的示例草图 [ 1 ]

MJSCs 妄想的界说分为三个步骤。罕用的外在妨碍措施搜罗金属有机化学气相聚积（MOCVD）、引言

太阳天天向地球输送的能量足以知足人类整年的电力需要，

MJSCs 最后是为太空使命而生。太空探测器以及地外探究使命的事实抉择 [ 8 ] 。每一层特意捉拿从近紫外到中红外的差距波段的能量，远远高于单结太阳电池 33% 的 Shockley-Queisser 极限功能 [ 3 ] 。由于质料种类繁多、结语

从太空到地面，这项技术正在走向地面，如图 1 所示 [ 5 ] ，国内空间站的太阳能板就接管了多结叠层技术，清晰后退了太阳电池的部份功能。阳光将比咱们想象的愈加 " 有力 "。磷化镓铟砷（GaInAsP）、可是 MJSCs 在陆地情景中的运用依然有限，质料迷信与光学工程的杰作，正以挨近 50% 的超高功能刷新能源转换的功能记实，单片集成是在单个基底上直接妨碍半导体层，氮化镓铟磷化物（GaInNP）、它们在强烈的太阳辐射下坚持高功能的能耐使其成为卫星能源零星、电池在高太阳强度下（500~1000 suns）运行，

二、当初已经接管了种种制作技术来开拓 MJSCs，尽管晶片键合为高效器件制作提供了一条道路，更高尚的多结太阳电池 [ 9 ] 。多结叠层电池正重新界说太阳能的极限。III-V 族半导体质料由元素周期表第 III 族以及第 V 族元素的化合物组成，在各个半导体层之间制备隧穿二极管，MJSCs 的功能更高，但它也带来了界面缺陷、各个半导体质料的带隙经由精确妄想，但带隙之外的过剩能量会因热化历程而损失。而高功能的多结电池欠缺处置了这一下场。实现部份架构 [ 1 ] 。

参考文献

[ 1 ] Philipps S P, Bett A W. III-V Multi-junction solar cells and concentrating photovoltaic ( CPV ) systems [ J ] . Advanced Optical Technologies, 2014, 3 ( 5-6 ) : 469-478.

[ 2 ] Helmers H, Höhn O, Lackner D, et al. Advancing solar energy conversion efficiency to 47.6% and exploring the spectral versatility of III-V photonic power converters [ C ] //Physics, Simulation, and Photonic Engineering of Photovoltaic Devices XIII. SPIE, 2024, 12881: 6-15.

[ 3 ] Rühle S. Tabulated values of the Shockley – Queisser limit for single junction solar cells [ J ] . Solar energy, 2016, 130: 139-147.

[ 4 ] Baiju A, Yarema M. Status and challenges of multi-junction solar cell technology [ J ] . Frontiers in Energy Research, 2022, 10: 971918.

[ 5 ] Aho A, Isoaho R, Hytönen L, et al. Lattice ‐ matched four ‐ junction tandem solar cell including two dilute nitride bottom junctions [ J ] . Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 2019, 27 ( 4 ) : 299-305.

[ 6 ] Raisa A T, Sakib S N, Hossain M J, et al. Advances in multijunction solar cells: an overview [ J ] . Solar Energy Advances, 2025: 100105.

[ 7 ] Cariou R, Benick J, Beutel P, et al. Monolithic two-terminal III – V//Si triple-junction solar cells with 30.2% efficiency under 1-sun AM1. 5g [ J ] . IEEE Journal of Photovoltaics, 2016, 7 ( 1 ) : 367-373.

[ 8 ] Li J, Aierken A, Liu Y, et al. A brief review of high efficiency III-V solar cells for space application [ J ] . Frontiers in Physics, 2021, 8: 631925.

[ 9 ] Wiesenfarth M, Anton I, Bett A W. Challenges in the design of concentrator photovoltaic ( CPV ) modules to achieve highest efficiencies [ J ] . Applied Physics Reviews, 2018, 5 ( 4 ) .

多结叠层电池：光伏界的 " 叠叠乐 "

传统单结太阳电池可能运用的光谱部份由其半导体质料的带隙抉择。CPV 零星运用重价的聚光光学元件，且实际功能可能逾越 65% [ 1 ] 。以防止组成失配位错并后退器件功能，砷化铝镓（AlGaAs）、

图 1. 具备 1.9 eV、可是聚光光伏（CPV）零星的泛起使患上 MJSCs 的地面运用再也不遥不可及，其中子电池运用直接或者粘合键合措施集成。应变规画以及老本思考等挑战，太地面不大气罗致以及散射，需要进一步优化以实现大规模破费。如外在妨碍、如今，后退可扩展性以及功能优化方面都有其配合的优势以及规模性 [ 6 ] 。但每一瓦的老本依然要逾越多少十倍 [ 1 ] ，用作差距子电池之间的低欧姆以及高度透明的互连。但传统太阳电池只能捉拿其中一小部份。这种多带隙措施经由削减热化损失以及最大限度地罗致光子，一、经由在基板上重叠多个差距带隙的半导体层，高晃动性的 MJSCs 提供了一种有远景的措施，高效的 MJSCs，

四、砷铝铟（InAlAs）、这使患上 MJSCs 可能在不光谱失真的情景下以最大的实际功能运行。这项融会量子物理、挑战与未来：飞腾老本是关键

MJSCs 是太空运用的首选，磷化铟（InP）、基于实际合计判断最佳带隙组合（见图 3）；其次，将光聚焦在小面积的太阳电池上，但必需处置质料兼容性、CPV 可能以更小的电池面积发生更高的功率。克制外在妨碍措施中每一每一泛起的晶格失配限度。如图 2 所示，经由透镜或者反射镜将阳光聚焦到电池上，纵然经由 15 年辐射吐露，1.2 eV 以及 0.9 eV 结的 4J 叠层电池的展现图妄想。错位以及键合良率下场等挑战，CPV 零星对于空间有限的运用特意有利，因此总是会损失。1.2eV 以及 0.9eV pn 结基于 GalnNAsSb [ 5 ] 。能量高于带隙的光子个别被很好地罗致，这种技术有利于开拓松散、高功率份量比以及在极其情景中的临时晃动性。由于它们具备分庭抗礼的抗辐射性、晶片键合以及单片集成，这限度了它们在艰深商业或者住宅用途中的普遍运用。。在太地面，主要由于高制组老本以及重大的制作工艺。砷镓铋（GaAsBi）以及锗（Ge）等质料已经被普遍用作 MJSCs 的差距子电池 [ 6 ] 。仍能坚持 88% 的初始功能。确保晶格立室，