美國國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員開發(fā)了一種太陽能電池，其在單太陽全球照明下的效率再創(chuàng)新高，達39.5%，這是在相同條件下測量的任何類型的最高效率太陽能電池。

這一成就超越了美國國家可再生能源實驗室研究人員在2020年創(chuàng)造的記錄，即當時使用III-V材料開發(fā)了效率為39.2%的六結(jié)太陽能電池。

美國國家可再生能源實驗室高效晶體光伏小組的資深科學(xué)家邁爾·施泰納（Myle Steiner）表示，這種新電池可能有多種用途，包括高度區(qū)域限制的應(yīng)用或低輻射空間應(yīng)用。

施泰納（Steiner）、萊恩·弗蘭斯（Ryan France）、約翰·蓋茨（John Geisz）等多人對美國國家可再生能源實驗室的研究做出了貢獻。

《焦耳》雜志5月刊上一篇名為“厚量子阱超晶格使三結(jié)太陽能電池具有39.5%的地面效率和34.2%的空間效率 ”的論文，概述了本次太陽能電池開發(fā)的細節(jié)。

最近幾款能效最高的太陽能電池，都是基于美國國家可再生能源實驗室發(fā)明的倒置變質(zhì)多結(jié)（IMM）架構(gòu)。這種新增強的三結(jié)IMM太陽能電池現(xiàn)在已被添加到最佳研究電池效率圖表中。該圖表顯示了實驗性太陽能電池的成功，包括日本夏普公司先前于2013年創(chuàng)下的三結(jié)IMM記錄，即37.9%。

效率的提高源于對“量子阱”太陽能電池的研究，該電池利用許多非常薄的層來改變太陽能電池的特性。科學(xué)家們開發(fā)了一種具有前所未有的性能的量子阱太陽能電池，并將其應(yīng)用于一種具有三個不同帶隙的結(jié)的設(shè)備中，其中每個結(jié)都經(jīng)過調(diào)整，以捕獲和利用太陽光譜的不同部分。

III-V材料因其在元素周期表上的位置而得名，跨越了廣泛的能量帶隙，使其能夠瞄準太陽光譜的不同部分。頂部結(jié)由磷化鎵（GaInP）制成，中間是帶有量子阱的砷化鎵（GaAs），底部是晶格錯位的砷化鎵（GaInAs）。經(jīng)過幾十年的研究，每種材料都得到了高度優(yōu)化。

資深科學(xué)家兼電池設(shè)計師弗朗西（France）稱：“關(guān)鍵因素是，雖然砷化鎵是一種優(yōu)秀的材料，通常用于III-V多結(jié)電池，但它對于三結(jié)電池來說，并不具有相當正確的帶隙，這意味著三個電池之間的光電流平衡并不理想。在這里，我們通過使用量子阱修改了帶隙，同時保持了優(yōu)異的材料質(zhì)量，這使得該裝置和潛在的其他應(yīng)用成為可能。”

科學(xué)家們在中間層使用量子阱來擴展砷化鎵電池的帶隙，并增加電池可以吸收的光量。重要的是，他們開發(fā)了光學(xué)厚度的量子井設(shè)備，沒有重大電壓損失。他們還學(xué)會了如何在生長過程中對GaInP頂層電池進行退火以提高其性能，以及如何將晶格錯位的砷化鎵（GaInAs）中的線狀位錯密度降到最低，這些都將在另外的出版物中討論。總的來說，這三種材料為新型電池的設(shè)計提供了參考。

III-V電池以其高效率而著稱，但其制造工藝歷來都很昂貴。到目前為止，III-V電池已被用于為太空衛(wèi)星、無人駕駛飛行器和其他利基應(yīng)用供電。美國國家可再生能源實驗室的研究人員一直致力于大幅降低III-V電池的制造成本，并提供替代電池設(shè)計，這將使這些電池在各種新應(yīng)用中經(jīng)濟實惠。

新的III-V電池在空間應(yīng)用方面的效率也得到了測試，特別是在通信衛(wèi)星方面，這類衛(wèi)星由太陽能電池供電，高電池效率至關(guān)重要，在壽命開始測量時，電池效率為34.2%。目前的電池設(shè)計適用于低輻射環(huán)境，通過進一步開發(fā)電池結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)更高的輻射應(yīng)用。