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域有重要應用。針對柔性高效Ⅲ-V化合物半導體多結太陽電池制備中存在的光電流匹配的多結材料高質(zhì)量生長以及大尺寸外延材料的剝離和轉(zhuǎn)移等技術難題，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員陸書龍團隊進行了長期研究，并于近期獲得重要進展。

研究人員在基于兩步鍵合轉(zhuǎn)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(jīng)過多年積累，提出電鍍與低溫鍵合相結合的外延薄膜轉(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。采用該技術制備的柔性高效三結太陽電池，光電轉(zhuǎn)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(fā)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(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(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(fā)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(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)了針對性地指導多結太陽電池的優(yōu)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(fā)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(fā)計劃課題、企業(yè)合作以及所自有資金項目等的支持。