16、多带隙太阳能电池：特性、挑战与发展前景

多带隙太阳能电池：特性、挑战与发展前景

1. 多带隙太阳能电池的结构与效率

多带隙（MBG）太阳能电池在提高太阳能转换效率方面展现出巨大潜力。通过将不同带隙的半导体材料组合在一起，可以更有效地捕获不同波长的太阳光，从而提高整体效率。

1.1 带隙与晶格常数的关系

不同化合物半导体的能带隙随晶格常数的变化如图3.28所示，其中也标注了锗（Ge）和硅（Si）的位置。交叉阴影的水平线表示多带隙电池效率最大化的两个带隙范围。然而，对于III - V族二元或三元化合物，在单片结构中生长最佳带隙对时，很难找到现成的晶格匹配衬底。

1.2 现有多带隙电池结构

目前正在开发的是在Ge衬底上生长的非最优GaInP₂/GaAs器件。这种双结器件的生长方式使得Ge衬底中的光子收集不会对电流产生贡献，但研究人员正在尝试控制Ge中pn结的形成，以实现电压叠加，同时满足三结结构中的电流匹配条件。这样做可以比双结器件额外提高2 - 3个效率点。

1.3 效率测量与商业应用

实验室器件在一个太阳、AM0条件下的效率已超过27%，计算得出的该带隙对的效率约为28%，但偏离了中心最优值。目前市场上的双结MBG电池的AM0效率在21.5% - 22.5%之间，美国空军和NASA联合开展的制造技术（MANTECH）计划旨在将生产效率提高到24.5%以上，预计到1999年底这类器件将实现商业化。

电池类型	效率范围
实验室器件（一个太