III–V-on-silicon solar cells reaching 33% photoconversion efficiency in two-terminal configuration

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作者
Romain Cariou,Jan Benick,Frank Feldmann,Oliver Höhn,Hubert Hauser,Paul Beutel,Nasser Razek,Markus Wimplinger,Benedikt Bläsi,David Lackner,Martin Hermle,Gerald Siefer,Stefan W. Glunz,Andreas W. Bett,Frank Dimroth
出处
期刊:Nature Energy [Nature Portfolio]
卷期号:3 (4): 326-333 被引量:319
标识
DOI:10.1038/s41560-018-0125-0
摘要

Silicon dominates the photovoltaic industry but the conversion efficiency of silicon single-junction solar cells is intrinsically constrained to 29.4%, and practically limited to around 27%. It is possible to overcome this limit by combining silicon with high-bandgap materials, such as III–V semiconductors, in a multi-junction device. Significant challenges associated with this material combination have hindered the development of highly efficient III–V/Si solar cells. Here, we demonstrate a III–V/Si cell reaching similar performances to standard III–V/Ge triple-junction solar cells. This device is fabricated using wafer bonding to permanently join a GaInP/GaAs top cell with a silicon bottom cell. The key issues of III–V/Si interface recombination and silicon's weak absorption are addressed using poly-silicon/SiOx passivating contacts and a novel rear-side diffraction grating for the silicon bottom cell. With these combined features, we demonstrate a two-terminal GaInP/GaAs//Si solar cell reaching a 1-sun AM1.5G conversion efficiency of 33.3%. As silicon solar cells are reaching their optimal efficiencies, below 30%, multi-junctions are being developed to increase the electrical power output over the same area. Here, Cariou et al. use wafer-bonding to fabricate two-terminal silicon III–V tandem cells that reach efficiencies above 33%.
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