圖1.IMM四結(jié)太陽電池J-V曲線和結(jié)構(gòu)示意圖

圖2.IMM四結(jié)太陽電池EQE曲線和不同注入電流EL發(fā)射曲線

圖3.通過EL和EQE光電互易原理計(jì)算的子電池J-V特性曲線

研究人員在基于兩步鍵合轉(zhuǎn)移方法制備的33.13%的倒置三結(jié)GaInP/GaAs/InGaAs(J. Cryst. Growth 2019, 513: 38)柔性太陽電池的基礎(chǔ)上，經(jīng)過多年積累，提出電鍍與低溫鍵合相結(jié)合的外延薄膜轉(zhuǎn)移方案，優(yōu)化了柔性高效太陽電池的制備工藝，批量能力強(qiáng)、良品率高、電池更輕柔。采用該技術(shù)制備的柔性高效三結(jié)太陽電池，光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到34.68%，重量面密度僅有169 g/m2。該技術(shù)已申請國家發(fā)明專利，并通過PCT國際專利進(jìn)入美國、日本、歐盟等。

在柔性四結(jié)太陽電池的研究中，研究人員針對倒置直接生長的AlGaInP/AlGaAs/InGaAs/InGaAs四結(jié)太陽電池存在的低短路電流密度但J-V曲線形狀正常的這一關(guān)鍵問題，進(jìn)行了四結(jié)電池的失效分析研究。結(jié)果顯示，AlGaInP頂電池是導(dǎo)致電流密度降低的主要原因。較低外量子效率表明，AlGaInP材料的少數(shù)載流子無法有效收集，導(dǎo)致短路電流密度降低;二次離子質(zhì)譜(SIMS)結(jié)果表明，失效的電池主要是由于在AlGaInP材料生長過程中引入了較高濃度的氧，易形成Al-O深能級(jí)缺陷。通過優(yōu)化AlGaInP子電池材料的生長，在前期25%(未鍍反射膜)的光電轉(zhuǎn)換效率基礎(chǔ)上(Sol. Energy. Mat. Sol. Cell 2020, 208: 110398)，進(jìn)一步獲得效率為34.9%、開路電壓為3.53V的四結(jié)太陽電池。相關(guān)研究成果以Failure Analysis of Thin Film Four-Junction Inverted Metamorphic Solar Cells為題，在線發(fā)表在Prog. Photovolt. Res. Appl.上。

針對多結(jié)疊層太陽電池子電池特性無法直接測量的難點(diǎn)，研究人員采用外量子效率(EQE)和電致發(fā)光譜(EL)的光電互易原理，計(jì)算分析各子電池光電特性，實(shí)現(xiàn)了針對性地指導(dǎo)多結(jié)太陽電池的優(yōu)化設(shè)計(jì)。相關(guān)研究成果以Subcells Analysis of Thin Film Four-Junction Solar Cells Using Optoelectronic Reciprocity Relation為題，發(fā)表在Sol. RRL上。

上述論文的主要作者為蘇州納米所在讀博士研究生龍軍華等，陸書龍為論文通訊作者。研究工作得到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)和面上項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、企業(yè)合作以及所自有資金項(xiàng)目等的支持。