聚光电池的经济性

图10.6　仅由辐射复合限制的六结太阳电池的理论效率

理论效率是子电池1材料(顶部，例如AlGaInP)和在子电池6 Ge上的子电池5材料(例如GaIn-NAs或是晶格失配的GaInAs)的带隙的函数

10.3　聚光多结电池

10.3.1　变质半导体材料

高效率的电池结构需要很多宽范围的半导体带隙来横跨整个太阳光谱。在上节中所述的带隙组合可以采用变质GaInAs和GaInP材料来实现。第Ⅲ主族子格的有序态为带隙的调整提供了另外一个杠杆，对GaInP的影响尤为强烈。图10.7给出了变质GaInAs电池作为光子函数测得的内量子效率的一个条件，此电池含In 23%，带隙为1.1 eV，相对Ge基底具有1.6%的高晶格失配率。图10.7还给出了有序和无序的变质GaInP太阳电池的外量子效率。GaInAs的长波响应比较理想，几乎达到了1.12 eV、晶格失配率为1.6%的GaInAs的带边缘。这一结果表明，这个变质材料具有较长的少数载流子扩散长度。晶格失配率为0.5%的无序变质GaInP，对应于含8%In的GaInAs的晶格常数，由于与有序、晶格匹配的GaInP的带隙相似，所以两者的光谱响应都有一个吸收边缘。为了获得与无序的GaInP基底相同的电流密度，有序的GaInP基底生长得就会更薄。因此，在带边缘附近较平的分割主要是由于降低了薄基底中的光生载流子的数目，而非减少了载流子的收集。

10.3.2　三结电池的测试结果

晶格匹配的GaInP/GaInAs/Ge三结电池已经获得了经过独立验证的、新的创纪录太阳电池效率，即在标准的AM1.5D、低AOD光谱、235倍聚光条件下，地面聚光电池的效率高达40.1%［4］。中间电池基底中含8%的In、相对Ge基底有0.5%的晶格失配率的变质GaInP/GaInAs/Ge三结电池在AM1.5D、低AOD光谱、240倍聚光条件下，效率达到了38.8%［4］。尽管晶格失配能够导致线错位，但是经过独立验证的、40.7%的最高太阳电池效率已经超过了在晶格匹配情况下获得的效率。图10.8给出的是效率创纪录的晶格匹配的变质聚光电池的伏安特性曲线(AM1.5D、低AOD光谱)以及适合平板光伏系统的效率为32.0%的LM电池和效率为31.3%的MM电池［13］的伏安特性曲线(AM1.5G光谱)［19］，它们已经都被NREL独立证实。图10.9展示的是由NREL测得的晶格匹配、效率为40.7%的电池的参数。