高性能太陽能電池的多結、串聯電池和特定效率結構

高性能太陽能電池的多結、串聯電池和特定效率結構

提高性能的一種潛在途徑來自于鈣鈦礦用作多結太陽能電池層的能力。為了制造多結太陽能電池，您需要能夠將幾層具有特定不同帶隙的半導體材料堆疊在一起，以便每層在不同的光譜部分都能高效運行。這種堆疊顯著增加了最終器件的復雜性以及制造它所需的處理（不會在不同層之間產生致命數量的新表面缺陷）。盡管如此，潛在的收益還是相當豐厚的。

鈣鈦礦是生產多結電池的絕佳候選者。

構建多結電池最重要的考慮因素是能夠使多層在不同帶隙下工作并具有相應不同的光譜選擇性。

鈣鈦礦不僅可以使用有利于多層生產的簡單方法來制造，而且它們還具有易于調節帶隙的結構。

由于鈣鈦礦的晶體結構即使不相同，至少也是相似且可控的，因此也更容易確保 接觸層的晶格匹配 ，這有助于防止不必要的器件應力。

此外，如果多結電池的各層在工作期間不能產生足夠相等的電流密度 ，則電荷會在界面處積聚，并可能反轉子結的內部電場，使其無法工作或損壞。值得慶幸的是，改變層的厚度可以幫助控制不同結的電流密度，這是現有鈣鈦礦制造能力范圍內的解決方案。

通常，根據精確規格定制每個結是創建多結電池的一大障礙。 鈣鈦礦在制造方式上的靈活性為克服這些障礙提供了巨大的潛力，特別是考慮到鈣鈦礦中的簡單成分替代對帶隙 和吸收光譜的影響有多大。

鈣鈦礦成分的可變性和一些可用制造工藝的簡單性意味著，根據精確規格定制鈣鈦礦電池比使用其他技術（例如砷化鎵及其近親）等其他技術實用得多。最常見的多結電池形式。

鈣鈦礦太陽能電池中吸收光譜和帶隙如何隨不同鹵化物變化的示例。

多結太陽能電池是一種繞過用于導出肖克利-奎瑟極限的假設的方法。 通過添加更多結，可以最大限度地減少廢熱（來自載流子熱化）并實現更高的效率。多結太陽能電池有不同的方法和結構，我們將在另一篇文章中討論。在這里，我們將重點關注鈣鈦礦應用于多結太陽能電池的具體方面。

由于鈣鈦礦的帶隙可以隨著其晶格形狀和間距而可靠地改變，因此我們可以靈活地實現更多種類的晶格與晶格材料的結合。鈣鈦礦晶格的靈活性使得可以通過將鈣鈦礦層與硅電池（晶體或非晶）或銅銦鎵硒（CIGS）粘合來創建多材料多結電池，這可以為太陽能電池提供其獨特的優勢。這使得研究人員和設計人員能夠獲得比鈣鈦礦太陽能電池本身更好的性能，并利用成熟的工藝和設施來生產更傳統的太陽能材料。在下一章中詳細探討鈣鈦礦太陽能電池技術的預測成本。