圖1.IMM四結太陽電池J-V曲線和結構示意圖
圖2.IMM四結太陽電池EQE曲線和不同注入電流EL發射曲線
圖3.通過EL和EQE光電互易原理計算的子電池J-V特性曲線
研究人員在基于兩步鍵合轉移方法制備的33.13%的倒置三結GaInP/GaAs/InGaAs(J. Cryst. Growth 2019, 513: 38)柔性太陽電池的基礎上，經過多年積累，提出電鍍與低溫鍵合相結合的外延薄膜轉移方案，優化了柔性高效太陽電池的制備工藝，批量能力強、良品率高、電池更輕柔。采用該技術制備的柔性高效三結太陽電池，光電轉換效率達到34.68%，重量面密度僅有169 g/m2。該技術已申請國家發明專利，并通過PCT國際專利進入美國、日本、歐盟等。
在柔性四結太陽電池的研究中，研究人員針對倒置直接生長的AlGaInP/AlGaAs/InGaAs/InGaAs四結太陽電池存在的低短路電流密度但J-V曲線形狀正常的這一關鍵問題，進行了四結電池的失效分析研究。結果顯示，AlGaInP頂電池是導致電流密度降低的主要原因。較低外量子效率表明，AlGaInP材料的少數載流子無法有效收集，導致短路電流密度降低;二次離子質譜(SIMS)結果表明，失效的電池主要是由于在AlGaInP材料生長過程中引入了較高濃度的氧，易形成Al-O深能級缺陷。通過優化AlGaInP子電池材料的生長，在前期25%(未鍍反射膜)的光電轉換效率基礎上(Sol. Energy. Mat. Sol. Cell 2020, 208: 110398)，進一步獲得效率為34.9%、開路電壓為3.53V的四結太陽電池。相關研究成果以Failure Analysis of Thin Film Four-Junction Inverted Metamorphic Solar Cells為題，在線發表在Prog. Photovolt. Res. Appl.上。
針對多結疊層太陽電池子電池特性無法直接測量的難點，研究人員采用外量子效率(EQE)和電致發光譜(EL)的光電互易原理，計算分析各子電池光電特性，實現了針對性地指導多結太陽電池的優化設計。相關研究成果以Subcells Analysis of Thin Film Four-Junction Solar Cells Using Optoelectronic Reciprocity Relation為題，發表在Sol. RRL上。
上述論文的主要作者為蘇州納米所在讀博士研究生龍軍華等，陸書龍為論文通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金重點和面上項目、國家重點研發計劃課題、企業合作以及所自有資金項目等的支持。
