一个芬兰-德国联合研究小组开发了一种6 × 6 mm低带隙GaAsNBi太阳能电池，其有效面积为0.25 cm2。该装置具有0.86 eV的能带隙，据报道适用于多结太阳能电池。
图片：Tampere University, Solar Energy Materials and Solar Cells, Creative Commons License CC BY 4.0
图片来源: 坦佩雷大学, 太阳能材料和太阳能电池, 创作共用许可 CC BY 4.0 来自芬兰坦佩雷大学和德国莱布尼茨研究所柏林研究联合会研究中心的一组科学家们，设计了一种基于砷化镓-氮-铋（GaAsNBi）吸收器的低带隙太阳能电池。
研究人员表示：“从带隙能量和太阳能电池性能的角度来看，这些结果与预期相差甚远，反映了合成高质量砷化镓基含铋化合物半导体异质结构的难度，以及该领域的早期发展阶段。”
他们解释说，他们的设备打算用作多结光伏电池的底部设施。在他们尝试制造GaAsNBi太阳能电池之前，日本大阪大学的科学家们在2021年推出了一种效率为2.01%、带隙为1.15 eV的装置。
根据这篇论文，新类型电池的有效性仍面临挑战，包括铋氮结合所需的“非常规”生长条件，这可能导致“大量”缺陷。在砷化镓基中加入铋，需要较低的生长温度和仔细控制V/III通量比。为了解决这个问题，学者们使用分子束外延（MBE）来生成砷化镓层，这是一种在超高真空中实现的蒸发技术，用于分解层厚度及成分极度规则的化合物。
他们制造了三个大小为6 × 6平方毫米，有效面积为0.25平方厘米的太阳能电池。这些装置是由砷生长晶片加工而成的。“这些晶片被选择用来覆盖在砷/镓通量比在0.82到1.20之间的区域，”科学家们说，“由于技术限制，在GaAsNBi层生长之前，衬底的方向不受控制。”
在标准太阳光照条件下，通过外部量子效率（EQE）和光-电流-电压（LIV）测量结果来评估该器件的性能。EQE是太阳能电池收集的电荷载流子数量与入射到电池本身的一定能量的光子数量之比。
据报道，利用这种电池结构，该小组能够将其能量带隙最小化到0.86 eV，从而将晶格失配的发生率降至最低。
“在化学计量比上增加 砷/镓 会导致张力失配和带隙能量的快速增加，这可能是由于铋掺入减少了，”学者们说，“尽管砷/镓含量高时，开路电压偏置略高，但这也导致外部量子效率和短路电流的明显增加，这表明载流子收集效率存在显著差异。”
该论文声称，这些发现将有助于提高GaAsNBi光伏器件用于多结太阳能电池的可能性。这篇题为《低带隙GaAsNBi太阳能电池》的论文发表于《太阳能材料与太阳能电池》杂志。 2021年，坦佩雷大学的同一个研究小组公布了一种由GaInNAsSb制成的太阳能电池，该电池结合了金基背反射器，具有“p-i-n”结构，能带隙接近0.8 eV，并通过MBE生长。 同年，坦佩雷大学的另一组研究人员宣布，他们开发了一种 III-V多结太阳能电池，据称有可能达到近50%的能量转换效率。
