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在143倍聚光条件下转换效率达47.1%的六结III-V族太阳能电池
摘要： 单结平板式地面太阳能电池的光电转换效率理论上最高约为30%，但采用多结结构和聚光技术可使实际效率大幅提升。迄今为止，四结III-V族聚光太阳能电池展现了最高的转换效率。本研究采用单片串联倒置变态六结结构，在143倍太阳聚光下的直接光谱条件下实现了47.1%的转换效率。将该结构调整为全球光谱模式时，其单太阳光照下的全球效率达到39.2%。通过III-V族半导体合金成功制备出六结近乎最优的带隙组合。为开发这些结区，必须将晶格失配III-V族合金中的穿透位错降至最低，防止亚稳态四元III-V族合金发生相分离，并掌握复杂结构中的掺杂剂扩散规律。进一步降低该结构内的串联电阻，有望实现超过50%的转换效率。
关键词： III-V族太阳能电池、多结太阳能电池、聚光太阳能电池、太阳能转换效率
更新于2025-09-19 17:13:59
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采用分子束外延技术生长的1.73电子伏特AlGaAs/InGaP异质结太阳能电池，效率达18.7%
摘要： 我们报道了采用固态源分子束外延（MBE）技术生长的AlGaAs基异质结太阳能电池。我们研究了InGaP和AlGaAs材料的品质，并通过结合两种合金的优势——具有可调带隙的厚p型AlGaAs基区和与之通过薄本征AlGaAs层分隔的50纳米薄n型InGaP发射区——实现了效率的显著提升。我们报道了一款经认证的太阳能电池转换效率达18.7%，其采用2微米厚的AlGaAs层（带隙为1.73电子伏特），适用于高效硅基叠层器件。
关键词： AlGaAs（铝镓砷）、MBE（分子束外延）、InGaP（铟镓磷）、III-V族太阳能电池、异质结构
更新于2025-09-19 17:13:59
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采用薄应变超晶格的高效量子阱太阳能电池设计与演示
摘要： 纳米结构量子阱和量子点III-V族太阳能电池为设计能捕获传统太阳能电池中通常损失能量的先进单结光伏器件提供了途径。要实现此类高效单结器件，必须开发能通过最小化二极管暗电流的非辐射和辐射分量来最大化开路电压的纳米结构器件设计。本工作研究了应变多量子阱太阳能电池结构中势垒厚度的影响，结果表明当量子阱势垒厚度为4纳米或更小时，表观辐射效率受到抑制而收集效率得到提升。这些薄势垒结构中观测到的红外外量子效率变化和相对发光强度变化，归因于波函数耦合增强以及载流子输运能力提升——这通常与内建电场下形成超晶格结构相关。通过阐述这些效应，研究团队在采用应变超晶格和异质结发射极的器件结构中，成功制备出效率超过26%（AM1.5标准）的单结量子阱太阳能电池。
关键词： 量子阱太阳能电池、III-V族太阳能电池、应变超晶格、光伏器件、高效
更新于2025-09-16 10:30:52
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反向异质结(Al)GaInP太阳能电池提升聚光效率
摘要： 降低串联电阻对于聚光太阳能电池在高电流密度下的效率至关重要。传统的III-V族多结电池顶结AlGaInP结构设计，在串联电阻与电流收集及电压之间面临艰难权衡。本文探讨了一种反向异质结太阳能电池的物理原理，该设计通过结合高带隙Al0.18Ga0.33In0.49P基区和低带隙(Al)GaInP发射区来改善这一权衡。与高带隙同质结电池相比，发射区的高迁移率使其具有相对较低的串联电阻。电致发光光谱显示发射区和基区均存在发射峰，使得开路电压并非严格受控于任一单层。随着单结电压升高，反向异质结设计的优势愈发显著。
关键词： 异质结、III-V族太阳能电池、聚光、串联电阻
更新于2025-09-16 10:30:52
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利用石墨烯提升聚光型III-V族多结太阳能电池性能的研究
摘要： 石墨烯在光伏领域的研究主要集中在新兴薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点及纳米线等方向。然而，这些含石墨烯的太阳能电池典型效率均低于16%，其光伏潜力尚未充分展现。本研究首次证实了石墨烯在效率最高的三五族多结太阳能电池聚光应用中的价值：首先对石墨烯层进行了全面光电特性表征；随后将其集成于三结太阳能电池后，在1000倍聚光条件下使串联电阻相对降低35%，填充因子绝对值提升4%；同时石墨烯的光学吸收导致短路电流密度相对下降0-1.8%。最终相比无石墨烯的三结电池，在1000倍聚光下实现了近1%的绝对效率提升。研究还评估了单层与双层石墨烯的集成效果。
关键词： III-V族太阳能电池、石墨烯、聚光光伏技术
更新于2025-09-12 10:27:22
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实现50%效率分光光伏系统的路径：内置滤光片的应用与概念推广
摘要： 由马丁·格林领导的新南威尔士大学团队在2014年取得了光伏领域的里程碑式成果——首次实现阳光转化为电能的效率超过40%。这不仅是迄今报道的最高效率之一，该研究还采用了一种业界易于实施的方法：通过外部滤光片将商用三结太阳能电池通常浪费的部分光线导向额外的硅电池。本文提出两项可推动50%转换效率成为现实目标的进一步发展方案。其一是将滤光片集成至电池背部，相比外部滤光片，这种内部滤光片能实现更高效率——因其不仅能像外部滤光片那样合理分配光线至各电池单元，还能将电池背向发射的光线反射回重新吸收。其二是概念推广方案，例如用能更好利用首组三结电池未吸收定向光线的其他叠层电池替代独立硅电池。该方案还能为滤光片设计提供灵活性，因为定向光的光谱形状将无需保持矩形。我们将详细讨论具体设计原则及进一步提升效率的潜力。
关键词： III-V族太阳能电池、光谱分光、荧光耦合、滤光片、光伏技术
更新于2025-09-12 10:27:22
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利用径向结纳米线结构从极低少数载流子寿命衬底制备高效太阳能电池
摘要： 目前，光伏器件成本的很大一部分与其对高质量吸收材料的需求有关，尤其是对于III-V族太阳能电池而言。因此，能将低成本、低少数载流子寿命的材料转化为高效太阳能电池的技术，将对未来应用大有裨益。在此，我们利用径向p-n结纳米线结构，将少数载流子寿命不足100皮秒的低效p型InP衬底转化为高效太阳能电池。我们制备了p-InP/n-ZnO/AZO径向异质结纳米线太阳能电池，实现了17.1%的光伏转换效率——这是径向结纳米线太阳能电池报道过的最佳数值。其约95%的量子效率（550-750纳米波段）和31.3毫安/平方厘米的短路电流密度，在InP太阳能电池中均属顶尖水平。此外，我们还对该太阳能电池进行了先进的损耗分析，以评估其中不同的损耗机制。
关键词： 径向结、III-V族太阳能电池、选择性接触、纳米线太阳能电池、异质结
更新于2025-09-12 10:27:22
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III-V族多结太阳能电池的光学特性研究：实现带隙温度无关特性
摘要： 一种新近发展的III-V族光半导体带隙能量表征方法被用于测定多结太阳能电池的温度不变带隙特性。该方法基于测量不同温度下太阳能电池的电致发光光谱，经归一化处理后揭示各结区具有温度不变的能量值，进而转换为带隙能量。该方法虽需使用校准光谱辐射计和受控温测试平台，但无需获知被测电池的绝对温度。研究团队在单结与双结GaAs及GaInP太阳能电池上验证了该方法，并通过光谱响应测量推导带隙能量，其测定值与文献值的偏差小于1.1%。相较于其他带隙测定技术，本方法不仅能获得温度不变的带隙特征（具有已知不确定度），可在不对各结区单独施加偏压的情况下区分多结器件中的不同结区，且采用的温度无关表征参数确保了被测器件的工作条件不会影响测量结果。
关键词： III-V族太阳能电池、发光二极管（LED）、光谱响应、温度、带隙
更新于2025-09-12 10:27:22
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III-V族太阳能电池的非外延载流子选择性接触：综述
摘要： 过去几年中，载流子选择性接触已成为降低传统掺杂p-n结太阳能电池复杂性和损耗的手段。然而与硅、钙钛矿、硫属化合物等其他光伏材料相比，III-V族太阳能电池的这一研究领域仍处于起步阶段。这可能是因为通过MOCVD（金属有机化学气相沉积）和MBE（分子束外延）等外延生长技术相对容易获得高质量的III-V族太阳能电池材料。但当前外延生长的III-V族太阳能电池成本极高，难以参与地面市场竞争，因此研究人员正在开发薄膜气-液-固（TF-VLS）、氢化物气相外延（HVPE）和闭空间气相传输（CSVT）等替代生长方法，这些方法的成本远低于外延III-V族太阳能电池。不过目前这些较新的低成本生长技术在制备可控p-n结以及重掺杂窗口层和背场层时仍面临严重的优化难题，在此情况下载流子选择性接触能发挥巨大优势。本综述将介绍III-V族太阳能电池应用载流子选择性接触的最新研究成果，并探讨其未来前景、挑战及采用该技术的新型器件概念。
关键词： 钝化、III-V族太阳能电池、异质结、窗口层、载流子选择性接触
更新于2025-09-12 10:27:22
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采用钯纳米粒子阵列智能堆叠技术的30%效率III-V/Si多结太阳能电池
摘要： 多结（MJ）太阳能电池通过有效利用整个太阳光谱实现了极高的转换效率。此前，我们采用具有钯纳米粒子阵列的独特机械堆叠技术——智能堆叠技术，构建了III-V//Si多结太阳能电池。本研究采用智能堆叠技术制备了InGaP/AlGaAs//Si三结太阳能电池，在AM 1.5G太阳光谱照射下实现了30.8%的转换效率，显著高于我们先前25.1%的结果。这一优异性能通过优化上部GaAs基电池结构并采用隧道氧化物钝化接触硅电池实现。此外，我们测试了该器件在低倍聚光条件下的性能，在5.5倍聚光时获得32.6%的最高效率，该性能足以满足实际低倍聚光光伏应用（低于10倍聚光）的需求。通过湿热测试（85°C和85%湿度条件下1000小时），我们进一步表征了InGaP/AlGaAs//Si三结太阳能电池的可靠性，证实该电池在严苛条件下具有优异的长期稳定性。这些结果表明GaAs//Si多结太阳能电池作为下一代光伏器件的潜力，以及智能堆叠技术在制备多结电池方面的有效性。
关键词： III-V族太阳能电池、光伏聚光器、机械堆叠、多结太阳能电池、硅太阳能电池
更新于2025-09-11 14:15:04