多结光伏电池

多结 (MJ) 太阳能电池是具有多个由不同半导体材料制成的 p-n 结的太阳能电池。每种材料的 p-n 结都会响应不同波长的光而产生电流。多种半导体材料的使用允许吸收更宽范围的波长，提高电池的太阳光到电能的转换效率。

传统单结电池的最 大理论效率为 33.16%。理论上，无限数量的结在高度集中的阳光下的极限效率为 86.8%。

截至 2008 年，传统晶体硅 (c-Si) 太阳能电池的最佳实验室示例的效率在 20% 到 25% 之间，而多结电池的实验室示例在集中阳光下的效率超过 46%。

串联电池的商业实例在一个太阳光照下广泛可用，在 30% 的情况下，在集中的阳光下提高到 40% 左右。然而，这种效率是以增加复杂性和制造成本为代价获得的。

迄今为止，它们较高的价格和较高的性价比限制了它们在特殊用途上的使用，特别是在需要高功率重量比的航空航天领域。

在地面应用中，这些太阳能电池出现在聚光光伏 (CPV) 中，但除非需要更高的功率密度，否则无法与单结太阳能电池板竞争。

串联制造技术已被用于提高现有设计的性能。特别是，与传统的晶体硅相反，该技术可应用于使用非晶硅的低成本薄膜太阳能电池，以生产效率约为 10% 的轻质柔性电池。这种方法已被多家商业供应商使用，但这些产品目前仅限于如屋顶材料这这类。

传统的光伏电池通常由掺杂硅组成，金属触点沉积在顶部和底部。掺杂通常应用于电池顶部的薄层，产生具有特定带隙能量的 p-n 结。

撞击太阳能电池顶部的光子被反射或传输到电池中。如果 hν ≥ Eg，传输的光子有可能将它们的能量 hν 提供给电子，从而产生电子-空穴对。在耗尽区，漂移电场 Edrift 将电子和空穴加速到它们各自的 n 掺杂和 p 掺杂区域（分别向上和向下）。产生的电流 Ig 称为生成的光电流。在准中性区域，散射电场 Escatt 将空穴（电子）加速到 p 掺杂（n 掺杂）区域，从而产生散射光电流 Ipscatt (Inscatt)。 因此，由于电荷的积累，出现电位 V 和光电流 Iph。该光电流的表达式是通过添加生成光电流和散射光电流获得的：Iph = Ig + Inscatt + Ipscatt。

太阳能电池在光照下的 J-V 特性（J 是电流密度，即单位面积的电流）是通过将二极管在黑暗中的 J-V 特性向下移动 Iph 得到的。由于太阳能电池设计用于提供电力而不是吸收电力，因此功率 P = VIph 必须为负。因此，工作点(Vm，Jm)位于V＞1的区域。0 和 Iph < 0，并选择最大化功率的绝对值 |P|。

太阳能电池的理论性能在 1960 年代首次被深入研究，今天被称为肖克利-奎塞尔极限。 该限制描述了任何太阳能电池设计固有的几种损耗机制。

首先是黑体辐射造成的损失，这是一种影响绝 对零以上任何物质对象的损失机制。 对于标准温度和压力下的太阳能电池，这种损耗约占功率的 7%。 第二种是称为复合的效应，光电效应产生的电子与先前激发留下的电子空穴相遇。 在硅中，这又占了 10% 的功率。

然而，主要的损耗机制是太阳能电池无法提取光中的所有能量，以及它根本无法从某些光子中提取任何能量的相关问题。 这是因为光子必须有足够的能量来克服材料的带隙。

如果光子的能量小于带隙，则根本不会被收集。 这是传统太阳能电池的一个主要考虑因素，它对大部分红外光谱都不敏感，尽管这几乎代表了来自太阳的一半能量。 相反，能量大于带隙的光子，比如蓝光，最初将电子射出到高于带隙的状态。