近日，中国科学院上海微系统与信息技术研究所联合南京大学、苏州纳米所等科研机构，在III-V族化合物半导体多结太阳能电池领域取得重大突破。研究团队通过创新的界面工程与应力调控技术，成功将三结太阳能电池的稳态光电转换效率提升至39.2%，较此前国际最高纪录提高近3个百分点，同时器件在连续光照工作2000小时后仍保持95%以上的初始效率，标志着该类电池在效率和稳定性上实现“双跨越”。相关成果发表于国际顶级期刊《自然·能源》。

突破瓶颈：从“实验室峰值”到“实际稳态”

传统多结太阳能电池通常采用InGaP/GaAs/Ge三结结构，理论极限效率可达50%以上，但实际应用中长期面临两大瓶颈：一是各子电池间的晶格失配导致缺陷密度高，限制开路电压；二是串联结构对电流匹配要求苛刻，微小波动即可引发“短板效应”，使整体性能骤降。此前最高纪录的39.5%效率仅在实验室瞬态测试下达到，稳定性不足。

该研究团队独辟蹊径，在InGaP/GaAs/GaInNAsSb四元合金叠层中引入“梯度缓冲层”技术，通过精确控制组分渐变，将晶格失配从0.8%降至0.05%以内，位错密度降低两个数量级。同时，采用新型数字合金超晶格作为隧穿结，显著降低串联电阻和光吸收损失。经国家光伏产业计量测试中心认证，该器件在标准AM1.5G光照下稳态输出效率达39.2%，且连续运行1000小时效率衰减小于3%，达到航天级应用标准。

技术革新：从“单元优化”到“系统协同”

项目负责人张明远研究员介绍，此次突破的关键在于“全链条协同设计”。团队开发出基于机器学习的材料组分搜索算法，仅用传统方法十分之一的时间就找到了最优的带隙组合：1.88 eV/1.42 eV/0.95 eV，使各子电池的光吸收谱与太阳光谱实现近乎完美的匹配，理论电流匹配度超过99.5%。

此外，研究人员还首次将二维材料MoS₂作为透明导电层引入多结电池，替代传统的ITO电极，不仅透光率提升至97%，还解决了传统电极在高温高湿环境下易扩散导致性能衰减的顽疾。测试显示，经85/85（85℃、85%相对湿度）老化测试1000小时后，新电池效率仅下降2.1%，而传统器件下降幅度高达15%。

应用前景：从“太空”走向“地面”

三结太阳能电池过去主要用于航天领域，其高成本制约了地面规模化应用。此次稳态性能的大幅跃升，使得聚光光伏（CPV）系统的度电成本有望降至0.2元/千瓦时以下，与常规晶硅光伏持平。据测算，若将该电池用于塔式光热电站的聚光系统，系统效率可从目前的15%提升至28%，年发电量增加近一倍。

目前，研究团队已与华能集团、隆基绿能等企业启动产业化合作，计划在2025年底前建成一条年产10兆瓦的中试线，重点布局沙漠、戈壁等强光照地区的规模化电站。同时，团队开发的界面调控技术还可直接移植到四结、五结电池结构，为进一步突破40%效率门槛奠定基础。

业内专家评价，该成果打破了国外在高效多结电池领域的技术垄断，为我国下一代光伏技术自给自足提供了关键支撑。《自然·能源》审稿人认为，这项工作“重新定义了多结太阳能电池的稳定性基准，对全球可再生能源转型具有里程碑意义”。