柔性高效太陽電池在航空航天、新能源汽車、智能可穿戴裝備等領(lǐng)域有重要應用。針對柔性高效III-V化合物半導體多結(jié)太陽電池制備中存在的光電流匹配的多結(jié)材料高質(zhì)量生長以及大尺寸外延材料的剝離和轉(zhuǎn)移等技術(shù)難題，中科院蘇州納米所陸書龍研究團隊開展了長期的研究，近期取得了重要進展。?在基于兩步鍵合轉(zhuǎn)移方法制備的33.13%的倒置三結(jié)GaInP/GaAs/InGaAs（J. Cryst. Growth 2019, 513: 38）柔性太陽電池的基礎(chǔ)上，研究團隊經(jīng)過多年積累，創(chuàng)新性地提出了電鍍與低溫鍵合相結(jié)合的外延薄膜轉(zhuǎn)移方案，優(yōu)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(shù)制備的柔性高效三結(jié)太陽電池，光電轉(zhuǎn)換效率達到34.68%，重量面密度僅有169g/m2。該技術(shù)已申請國家發(fā)明專利（201810904936.5和 201910132351.0），并通過PCT國際專利（PCT/CN2019/078134）進入美國、日本、歐盟等國家。?在柔性四結(jié)太陽電池的研究方面，針對倒置直接生長的AlGaInP/AlGaAs/InGaAs/InGaAs四結(jié)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(guān)鍵問題，進行了四結(jié)電池的失效分析研究。結(jié)果表明，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(shù)載流子無法有效收集，導致短路電流密度降低。二次離子質(zhì)譜（SIMS）結(jié)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，很容易形成Al-O深能級缺陷。通過優(yōu)化AlGaInP子電池材料的生長，在前期25%（未鍍反射膜）的光電轉(zhuǎn)換效率基礎(chǔ)上（Sol. Energy. Mat. Sol. Cell 2020, 208: 110398），進一步獲得了效率為34.9％、開路電壓為3.53V的四結(jié)太陽電池。最新研究成果以Failure Analysis of Thin Film Four-Junction Inverted Metamorphic Solar Cells為題在線發(fā)表在光伏領(lǐng)域權(quán)威期刊Prog. Photovolt. Res. Appl.（DOI: 10.1002/pip.3355）。?
圖1. IMM四結(jié)太陽電池J-V曲線和結(jié)構(gòu)示意圖
同時，針對多結(jié)疊層太陽電池子電池特性無法直接測量的難點，采用外量子效率（EQE）和電致發(fā)光譜（EL）的光電互易原理，計算分析各子電池光電特性，實現(xiàn)了針對性指導多結(jié)太陽電池優(yōu)化設(shè)計。該成果以Subcells Analysis of Thin Film Four-Junction Solar Cells Using Optoelectronic Reciprocity Relation為題發(fā)表在Sol. RRL（DOI: 10.1002/solr.202000542）。?
