去年7~9月間，位于德國弗萊堡(Freiburg)的Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (全歐洲最大研究中心Fraunhofer-Gesellschaft 80個研究機構之一，簡稱FhG-ISE)，將太陽能電池的歐洲紀錄由37.6%增加至39.7%，幾經努力，終于實現多接面太陽能電池新的世界紀錄-超過美國能源部再生能源實驗室(Department of Energy’s National Renewable Energy Laboratory)之前的40.8%。 

圖一、Ga0.35In0.65P/Ga0.83In0.17As/Ge多接面太陽能電池，面積 5.09mm² 

    如此高效率的多接面太陽能電池主要是用于聚焦型光伏系統(concentrating photovoltaic，簡稱CPV)，直接轉換太陽的日照作為整個城鎮電力的來源。將太陽光聚焦在一個很小(5mm²)的多接面太陽能電池上，在相當于454個太陽的能量下可以達到41.1%的轉換效率，甚至在更高能量880個太陽的照射之下仍可量測到40.4%，這個電池可在一個寬的日照強度內使用，并得到超過40%的轉換效率。  

    就如同FhG-ISE之前的電池，新的電池仍采用變形外延的三接面結構，晶格不匹配的Ga0.35In0.65P/Ga0.83In0.17As/Ge(磷化銦鎵和砷化銦鎵沉積于鍺基板)三層結構。與傳統的太陽能電池相比，分離的半導體材料彼此沒有相同的晶格常數，所以只能利用變形外延來結合這兩層，因此很難得到高質量的膜層，另外兩層材料之間因不同的晶格常數，結合后容易產生應力，造成插排或是其它的晶格缺陷。

    由法蘭克博士(Frank Dimroth)領軍的III-V族磊晶與太陽能電池團隊，FhG-ISE克服上述之困難，使缺陷局限于電子非活躍區，而活躍區則保留相對的無缺陷，這是要達到高轉換效率不可或缺的因素之一。“這是一個很好的例子，告訴我們如何利用技術上的突破達到控制半導體的結晶缺陷”Fraunhofer ISE的院長艾克韋伯(Eicke R. Weber)博士提到。 

    多接面太陽能電池中的變形外延可以使用多種III-V族化合物半導體，這個高效率的電池結構，由合適的材料組成，可以將太陽光區分為三個波段分別來吸收。研究員提到，這是一個重要的結論，就是利用一系列材料連接形成的太陽能電池，其組件的電流將會被最小電流的那部份給局限，而利用變形外延的電池Ga0.35In0.65P/Ga0.83In0.17As/Ge，可以使電流匹配，完整的輸出(多接面電池結構的三個次電池皆產生相近的電流)，這也是此電池可以達到高轉換效率的重要原因之一。

圖二、填充常數，效率與太陽集中常數作圖 (數據由Fraunhofer ISE CalLab 量測)

    去年Fraunhofer ISE 將轉換效率由37.6% 提升至 39.7% 通過調整前端金屬細線的接觸結構具有較低的阻值可以傳遞較大的電流，因此比較適合太陽集中常數 300~600。法蘭克提到，最新的電池則改變前端金屬細線的圖形，并具有較佳質量的膜層。為了讓整個技術與現有技術般具有競爭力，迅速且可行，Fraunhofer ISE與德國海爾布隆(Heilbronn)的Azur Space共同合作，并技轉同樣位于弗萊堡的Concentrix Solar GmbH。“與其它聚焦型光伏系統相比，我們的高效率太陽能電池是降低發電成本最有效率的方法” Fraunhofer ISE的所長安德魯貝特博士(Andreas Bett)提到。Fraunhofer ISE藉由新的高轉換效率電池往目標邁進一大步，很快的，光伏發電的成本便可與傳統發電競爭。

    法蘭克博士認為經由改變電池的結構將有助于使這類型電池具有長遠的優勢，并使效率提升至42~43%。過去15年Fraunhofer ISE的研究員致力于III-V族多接面太陽能電池應用于聚焦型光伏系統的研究，由初期德國聯邦教育研究部(German Federal Ministry of Education and Research，簡稱BMBF)的支持，如今同時獲得德國聯邦環境、自然保育暨核子安全署、智慧能源決策局(German Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety，簡稱BMU)提供金援，作為博士生的獎助學金，未來，將以更快更好的研究結果與世人分享。