導讀：由劍橋大學領導的科學家使用砷化鎵制造了一種“超薄”太陽能電池，厚度僅為80納米。III-V族電池實現(xiàn)了9.08%的轉(zhuǎn)換效率，其開發(fā)人員在模擬中證明，如果進一步優(yōu)化，它可以達到16%。鑒于其重量輕和固有的抗輻射能力，該電池可能適用于為衛(wèi)星和太空中的其他應用提供動力。

砷化鎵(GaAs)和來自III-V族的其他電池材料長期以來一直是太陽能光伏研究人員感興趣的領域，因為它們具有非常高的效率潛力。然而，材料的成本使這些材料僅限于無人機和太空旅行等利基應用。

使設備更薄，最大限度地減少貴重材料的使用，是降低制造成本的一種經(jīng)過充分探索的方法。對于GaAs已經(jīng)可行的利基應用，通過使設備更薄來減輕重量是一個有價值的前景，而且更薄的設備還顯示出對地球大氣層外更高輻射水平的更高抵抗力。

然而，隨著厚度的減小，保持高效率成為一項挑戰(zhàn)，因為可用于吸收光的材料減少了。添加光管理結(jié)構，可以更長時間地捕獲光子并增加它們被吸收和轉(zhuǎn)化為電能的機會。這是英國劍橋大學科學家采用的方法，他們旨在克服超薄設備的效率挑戰(zhàn)，使他們能夠利用其較低的重量和固有的抗輻射性。

該小組表示，先前在此長度尺度上證明的固有輻射耐受性足以通過減少或消除對防護罩玻璃的需求，在惡劣環(huán)境中實現(xiàn)新的任務類型以及輕巧靈活的外形。然而，超薄吸收器的透射率很高，需要集成的光管理來增加電流。

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該小組制造的GaAs電池僅具有80納米(nm)厚的有源層，當添加窗口和背面場層時，厚度增加至120nm。該小組使用一種稱為位移talbot光刻(DTL)的圖案化技術，將光管理架構集成到電池上，并將其性能與其他集成了平面銀鏡以將光反射回電池的電池進行了比較。[DTL]本質(zhì)上適用于晶圓級、高產(chǎn)量制造，因此是制造具有集成光管理的大面積光伏器件的可行方法，他們解釋道。

這些器件在論文中描述了超薄GaAs太陽能電池，帶有用位移Talbot光刻制造的納米光子金屬介電衍射光柵，發(fā)表在光伏進展中。該小組能夠展示9.08%的效率——與使用晶圓上處理的設備相比提高了68%。

使用模擬，該小組進一步證明了添加抗反射涂層，以及減少正面網(wǎng)格表面陰影的進一步創(chuàng)新，可以將該效率迅速提高到16%。他們指出，雖然這種類型的設備不太可能對主流光伏應用有用，但他們希望為太空發(fā)電和其他潛在應用開辟新的可能性。他們總結(jié)道，這些結(jié)果表明，超薄設備的未來實施方案不太可能僅憑效率就完成當前行業(yè)標準的多結(jié)光伏技術。然而，這里展示的納米光子集成的潛在效率提升，連同低質(zhì)量和固有的輻射耐受性，可能會實現(xiàn)新的任務概況和發(fā)射成本的降低。