关键字：GaAs太阳电池、光伏发电、别墅太阳能发电、叠层电池

 

 

无论是别墅太阳能发电行业还是太空太阳能发电行业，都得遵循一个原理：只有能量高于半导体带隙宽度的光子才能激发产生光生载流子，基于该原理，由单一半导体材料构成的单结太阳光伏发电电池只能将太阳光谱中的一部分有效转化为电能。这是单结太阳电池的一个缺点和不足。

 

在光伏发电的过程中，能量低于半导体带隙宽度的光子是无法将价带电子激发到导带的，不能对光生电流产生贡献，构成光电转换中的电流损失；而能量高于半导体带隙宽度的光子只能将一个电子激发到导带，把与带隙宽度相当的能量传给光生载流子，多余的能量则将以声 子的形式传给晶格，变成热能，构成光电转换中所谓的电压损失。因此，若选择窄带隙半导体，则太阳电池的短路电流密度高而开路电压低；若选择宽带隙半导体，则太阳电池的开路电压高而短路电流密度低。

多结叠层太阳电池图

 

通过上述分析发现，除非引人入的机理，单结太阳电池的光电转换效率为材料固有带隙宽度所限制，非聚光条件下的理论上限只能为30%。显然，以多种带隙宽度不同的半导体材料构成级联太阳光伏发电电池，以各级子电池吸收利用与其带隙宽度最相匹配的太阳光谱，从而减小光电转换过程中的“电流损失”和“电压损失”，是突破上述光电转换效率限制的最好途径。

 

上述的方法可以描述为：用不同带隙宽度的Eg材料做成太阳电池，按Eg大小从上而下迭合起来，让它们分别选择性地吸收和转换太阳光谱的不同子域，可大幅度地提高光伏发电电池的转换效率。叠层电池是目前被称之为第三代电池中唯——种率先从概念变成现实的高效率电池，也是别墅太阳能发电行业可能被大范围使用的太阳电池。

 

事实上，早在硅太阳电池在贝尔实验室诞生的第2年，光伏发电领域的研究人员就已经提出这样的设计思想。从20世纪70年代起，在硅和砷化镓等单结太阳电池达到较高性能水平后，为了实现更高的光电转换效率，人们开始更多地注意多结级联太阳电池的研究，有越来越多的论文对理论设计和方案选择开展探讨。

 

叠层光伏发电电池一般可分为两类：一类为光谱劈裂叠层电池，拥有两个以上的输出端，各子电池虽然在光学上是串联的，但在电学上是各自独立的，只在计算电池效率时把各子电池的效率相加；另一类为：单片多结叠层电池，只有两个输出端，各子电池在光学上和电学上都是串联连接的。当前，叠层电池有向别墅太阳能发电领域进军的趋势。