高效聚光多结太阳电池的发展

图15.3　第一异质结生长层从GaAs变为InGaP所引起的光谱响应变化

通过采用InGaP第一异质结层，人们发现InGaP顶电池的吸收边缘转移到波长较长的区域。图15.4显示了在各种条件下生长的InGaP层带隙的变化，它是通过PL测量来确定的。把第一个异质结层的材料由GaAs换成InGaP，InGaP顶电池的带隙从1.86 eV降至1.81 eV。随着生长温度的升高增加带隙增大的事实表明，由于InGaP材料的排序效应导致了这一现象的发生［11］。由于顶电池带隙的变窄降低了三结电池的开路电压(Voc)，所以有必要找到一种方法来生长无序的InGaP。事实上，通过把顶电池的带隙增大到1.89 eV，电池的转换效率就可以提高到30%(AM0条件下)［12］。

15.2.3　锗基底精确的晶格匹配

虽然GaAs和Ge之间的0.08%的晶格失配被认为是可忽略的，但是这在厚的GaAs层中会造成位错，而且电池的性能会下降。通过在InGaP/GaAs电池层中添加约1%的铟，所有电池层的晶格就会和Ge基底达到精确的匹配。因此，如图15.5所示，由于失配产生的位错引起跨孵化模式，就会在含有1%铟的电池表面形貌中消失。位错不仅会影响电池的Isc，还会影响到电池的Voc。通过消除含有1%铟电池的位错，其Voc得到了改善。另外，通过增加1%的铟，吸收边缘的波长变得更长，而且顶电池和中间电池的Isc也得到提高。

15.2.4　通过AlInGaP加宽顶电池的带隙

目前，正在开发AlInGaP顶电池来提高三结电池的Voc。顶电池和中间电池间的电流匹配必须实现，采用的方式是控制顶电池的带隙而不是减薄顶电池。在这种情况下，电池的Voc会随着最大电流的变化而提高。人们发现具有1.96 eV带隙、2.5 μm厚的AlInGaP电池在AM1.5G条件下，其Voc可以高达1.5 V，同时其Isc和传统InGaP顶电池的相同。