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多结太阳能电池的进展
摘要。先进的多结太阳能电池 (MJSC) 已成为光伏文献中效率更高的领跑者。它以效率仅为 20% 的串联太阳能电池开始其发展历程，如今，它已通过六个结组合达到了令人印象深刻的 47.1% 的光转换效率 (PCE)。自 20 世纪 90 年代初以来，这些太阳能电池已用于太空应用。最近，也有将这种类型用于地面应用的趋势。然而，在过去的三十年中，制造工艺的复杂性和高成本一直是重大挑战。光伏 (PV) 界见证了各种解决这些障碍的制造方法。本文回顾了 III-V MJSC 及其制造工艺的计算和实验研究方法的进展。此外，它还解决了阻碍这些电池及其前景发展的障碍。本评论收集了有关 III-V 族 MJSC 的少量文章的见解，以便及时、有意识地为新进入者、专家和从业者提供有关研究方法、发展技术、现状、挑战和机遇的全面指导。
III-V 多结空间太阳能电池的辐射衰减
太空中的带电粒子辐射，包括范艾伦带中捕获的质子和电子以及太阳耀斑质子，是降低太阳能电池性能的最重要因素。目前，由于两项发展，太空光伏发电正在发生重大转变：i) 新任务采用电轨道提升，将等效辐射通量提高多达十倍。ii) 四结器件在太空发电中势头强劲，这些器件采用变质生长或晶圆键合等新生长技术制造。因此，有必要了解新四结以及当前使用的三结电池在这种新环境中的退化行为。为了实现这一目标，开始了一场退化运动。三结和四结电池以及它们各自的同型电池在粒子加速器中用能量为 1 和 3 MeV 的电子和能量为 1、2 和 5 MeV 的质子进行辐照。选择的能量和通量应能代表太空中的辐射环境。对电池进行表征，以确定其电特性和特征退化曲线。为了分析退化数据，采用了位移损伤剂量法：明确引入原子位移阈值能量 T d , eff 作为拟合参数。通过这一改变，非电离能量损失通过分析计算得出。这导致单条曲线上的电子数据崩溃，而这是获得特征退化曲线所必需的。与之前的分析方法不同，不需要引入没有物理意义的额外指数。改进的分析方法已成功应用于 4J 和 3J 电池以及它们各自的同型电池的退化数据。获得了短路电流、开路电压和最大功率点功率的特征退化曲线、退化参数和原子位移阈值能量。对于 3J 电池数据的崩溃，发现阈值能量为 21 eV 的 GaAs NIEL。对于 4J 电池数据的崩溃，发现阈值能量为 25 eV 的 In 0.3 Ga 0.7 As NIEL。计算了特定电轨道提升任务的粒子环境。使用计算出的粒子环境以及确定的 4J 退化特性，根据盖玻片厚度确定了电池的退化。发现最大功率点的功率下降到 87%
空间辐射对CTJ新型多结太阳能电池的影响
摘要 光伏太阳能电池阵列具有高可靠性、坚固耐用、成本效益高和环境友好等特点，是卫星的主要电源。在卫星太阳能电池阵列中，瓦特/平方米是一个非常重要的参数，因为太阳能电池阵列面积的任何减少都会减轻重量并延长任务寿命。同样，降低每瓦成本也会降低卫星的成本。为了实现这一目标，太阳能电池的性能不应受到任何损害。意大利CESII开发了一种成本更低的新型多结太阳能电池（CTJ-LC），同时不影响性能。在太空中，颗粒辐射是太阳能电池性能的主要威胁之一。辐射会导致太阳能电池出现缺陷并降低性能。本文采用不同的表征技术对这些低成本太阳能电池进行了辐射暴露后的性能研究，并与标准多结太阳能电池的性能进行了比较。本文详细介绍了表征和测试结果。
利用多结光伏系统进行热能电网存储
更广泛的背景 尽管太阳能和风能的成本已大幅下降，但由于需要某种形式的能源储存，它们在电网中的使用程度受到限制。因此，储存问题已成为缓解气候变化的最重要技术障碍之一。目前和未来的电池价格预测过于昂贵，无法实现可再生能源的全面普及，因此必须寻找替代方案。在这里，我们介绍了一种不太直观的方法，称为热能电网储存，该方法将电能储存为热能，然后根据需要将其转换回电能。众所周知，热能转化为电能受到热力学限制，因此会导致显著的效率损失。但是，将能源储存为热能而不是电能可以便宜 50-100 倍，因此 15-40% 的效率损失成为值得的权衡。在本文中，我们介绍了一种新的实施例，其在极高温度下（4 1900 1 C）储存热量，以最大程度地提高转换效率，并且它还可以使用不同类型的热机（即专门设计的光伏电池）代替涡轮机，以实现更低的成本。
钙钛矿量子点在具有发光耦合效应的III-V多结太阳能电池载流子重分布中的应用
摘要。众所周知，多结太阳能电池中的发光耦合效应有助于通过载流子重新分布实现子电池之间的电流匹配。我们使用防潮全无机钙钛矿量子点 (PQD) 膜展示了 III-V 多结太阳能电池装置中的载流子重新分布。这种疏水性 PQD 膜应用于完整的 III-V 多结太阳能电池装置。这成功地展示了垂直方向的电流重新分布，表现为较低带隙子电池中的电流收集增加，以及横向的电流重新分布，从发光起源的较高带隙子电池相邻的较低带隙子电池中电流收集均匀性改善可以看出。© 作者。由 SPIE 根据 Creative Commons Attribution 4.0 Unported 许可证发布。分发或复制本作品的全部或部分内容需要完全署名原始出版物，包括其 DOI。[DOI：10.1117/1.JPE.10.042005]
三结太阳能电池，其中 39.5% 来自陆地，34.2% 来自...
多结太阳能电池设计既要考虑理论上的最佳带隙组合，也要考虑具有这些带隙的材料的实际局限性。例如，三结 III-V 多结太阳能电池通常使用 GaAs 作为中间电池，因为 GaAs 的材料质量近乎完美，尽管其带隙高于全局光谱的最佳值。在这里，我们使用具有出色电压和吸收率的厚 GaInAs/GaAsP 应变平衡量子阱 (QW) 太阳能电池来修改中间电池的带隙。这些高性能 QW 被整合到一个三结倒置变质多结器件中，该器件由 GaInP 顶部电池、GaInAs/GaAsP QW 中间电池和晶格失配的 GaInAs 底部电池组成，每个电池都经过了高度优化。我们在 AM1.5 全局和 AM0 空间光谱下分别展示了 39.5% 和 34.2% 的三结效率，这高于之前创纪录的六结器件。
太阳能光伏发电技术的代代相传
摘要：全球日常生活中能源消耗的指数级增长激励人们寻求一种绿色且经济高效的替代能源来发电和储存。自光伏电池问世以来，基于晶体硅的光伏技术一直垄断市场，2022 年约占 80% 的市场份额。大多数标准的第二代技术的效率为 20-25%，而且价格昂贵。硅电池的成本已经下降，硅技术现在是日益增长的关键研究方向之一。生产规模的原型也已建成并进行了测试，效率为 10-17%。相反，第三代多结太阳能电池已经实现商业化，并实现了从 40% 到 50% 以上的出色转换因子，使该技术成为最佳技术。基于 n 型硅和石墨烯等功能纳米材料的多结太阳能电池的技术突破为低成本、高效电池提供了一种有希望的策略。得益于纳米技术的进步，多结电池目前已打破近 45% 的效率记录。本文介绍了光伏技术的最新应用，包括超级电容器和储能设备以及它们的未来潜力。
引文：Mohammed Bekhti。“使用单结和多结太阳能电池的低地球轨道卫星太阳能电池阵列设计的比较研究”。Acta Scientific
8. CS Clark. 等，“航天用商用镍镉电池：一种行之有效的低地球轨道卫星电力存储替代品”。载于：第五届欧洲空间电力会议论文集，西班牙塔拉戈纳，9 月 21 日至 25 日（1998 年）。
丹尼尔·切米萨纳·维利加斯
Fernández, EF、Chemisana, D.、Micheli, L. 和 Almonacid, F. 2019，“污垢的光谱性质及其对基于多结的聚光系统的影响”，《太阳能材料与太阳能电池》，第 201 卷。Keshri, S.、Marín-Sáez, J.、Naydenova, I.、Murphy, K.、Atencia, J.、Chemisana, D.、Garner, S.、Collados, MV 和 Martin, S. 2020，“堆叠体全息光栅用于扩展 LED 和太阳能应用中的工作波长范围”，《应用光学》，第 59 卷，第 8 期，第 2569-2579 页。 Lamnatou, C.、Notton, G.、Chemisana, D. 和 Cristofari, C. 2020，“建筑一体化光伏 (BIPV) 和建筑一体化光伏/热能 (BIPVT) 装置的存储系统：环境概况和其他方面”，《整体环境科学》，第 699 卷。Martinez, RG、Chemisana, D. 和 Arrien, AU 2019，“建筑物多维传热的动态性能评估”，《建筑工程杂志》，第 26 卷。Parent, L.、Riverola, A.、Chemisana, D.、Dollet, A. 和 Vossier, A. 2019，“多结太阳能电池的微调：深入评估”，IEEE 光伏杂志，第 9 卷，第 6 期，第 1637-1643 页。
光伏转换的非互易光子管理：设计和基本效率限制
摘要。在开发具有破缺基尔霍夫对称性的非互易光学元件方面取得了重大进展，为通过重复使用发射光子将光伏 (PV) 转换效率提高到超越肖克利-奎塞尔极限铺平了道路。最近的论文分析了具有多个或无限多个多结电池的 PV 转换器，其中电池通过非互易滤波器（光学二极管）耦合，使得一个电池发出的光被另一个电池吸收。我们提出并研究了一种具有非互易外部光子回收的单电池转换器，该转换器可由同一电池重新吸收和重复使用发射光。我们从遍历性、无序性、能量可用性、信息熵和相干性的角度考虑了阳光中光子的属性，并确定了内可逆热力学对最大功率输出时转换效率施加的基本限制。我们的结果表明，具有理想多结电池的非互易转换器可以接近卡诺效率，而精确地在卡诺极限下工作则需要无数个光子循环过程。这一要求解决了光学二极管著名的热力学悖论，因为无限循环增强的电池或光学系统中的任何小耗散都将使转换器工作稳定在卡诺极限以下。我们将内可逆热力学推广到具有非零化学势的光子分布，并推导出非互易单结 PV 转换器的极限效率。评估了该转换器与可用 GaAs 太阳能电池的性能。© 作者。由 SPIE 根据知识共享署名 4.0 国际许可发布。分发或复制本作品的全部或部分内容需要完全署名原始出版物，包括其 DOI。[DOI：10.1117/1.JPE.12.032207]