çokbağlantılı güneş hücreleri

Çokbağlantılı güneş hücreleri, muhtelif yarı iletken malzemelerinden yapılmış, birçok p-n bağlantıya sahip olan güneş hücreleridir. Herbir malzemenin p-n bağlantısı, muhtelif dalga boylarına cevaben elektrik akımını üreter. Birçok yarı iletken malzemenin kullanılması, dalga boylarının daha geniş yelpazesini emmeğe izin vererek hücrenin “güneş ışığı -> elektrik enerji” dönüştürmenin verimliliğini iyileştirir.
Geleneksel tekbağlantılı hücrelerin maksimal teorik verimliliği %33.16. Teorik olarak, sonsuzbağlantılı hücrenin pek yoğunlaştırılmış ışık altında verimlilik ereyi %86.8.
Şimdi, geleneksel kristal silisyum güneş hücrelerin en iyi deneylik numuneleri, %20 ile %25 arasında verimliliklere malik olarken çokbağlantılı güneş hücrelerinin deneylik numunelerin başarımı (yani performansı), yoğunlaştırılmış güneş ışığı altında %46 aşır. Tandem güneş hücrelerinin ticari numuneleri, bir güneş ışıklandırma altında %30, yoğunlaştırılmış ışık altında ise %40 verimliliği gösterir. Oysa, bu verimlilik, artmış zorluk ve üretim fiyatı pahasına elde edilir. Bu günlerde, onların daha yüksek maliyyetleri ve daha yüksek fiyat-başına-başarım (ing. “price-to-performance”) oranı, onların kullanımasını hususi alanlar içinde (özellikle de onların yüksek güç-başına-ağırlık oranının cazip olduğu havacılık ve uzay alanında) sınırlandırdı. Yeryüzündeki uygulanmalarında, bu güneş hücreleri yoğunlaştırıcı fotovoltaikte (ing. “Concentrator photovoltaics”) gelişmekte olarken tüm dünya’da kurulmaların sayıları artır.
Mevcut olan tasarımların başarımının iyileştirilmesi için tandem imal yöntemleri kullanılır. Bilhassa, yöntem, basmakalıp silisyum kristal güneş hücrelerinden farklı olarak amorf silisyumun kullandığı, daha düşük maliyyetli ince film güneş hücrelerine %10 fazla verimlilikli hafif ve esnek hücreleri üretmek için uygulanabilir. Bu yaklaşım, birçok ticari satıcı tarafından kullanıldı, ama şimdi bu ürünler belirli rollerle (çatı kaplama materyaller gibi) sınırlıdır.
Birçok malzeme katmandan yapılmış hücreler, birçok bant aralığına sahip olabilir ve böylece, onların kullanılmadığı takdirde gevşemeye (yani relaksasyona) kaybolacak olan enerjinin bir kısmını tutup dönüştürerek birçok ışık dalga boynuna cevap verer.
Örneğin, iki bant aralıklı hücre varsa ve bir bant aralığı kırmızı renge, başkası da yeşil renge ayarlanmışsa, o zaman yeşil, camgöbeği, mavi renklerdeki fazla enerji yalnız yeşil-duyarlı materyalin bant aralığı için kaybolar, kırmızı, sarı ve turuncu ise kırmızı-duyarlı bant aralığı için kaybolar. Tek bant aralığına sahip cihazlar için yapılmış çözümlemeye benzer çözümlemeye göre, iki bant aralıklı cihaz için mükemmel bant aralıkları 1.1 e.V ve 1.8 eV.
Belirli bir dalga boylu ışık, daha büyük bant aralıklı malzemelerle güçlü bir şekilde etkileşime girmez. Yani, çokbağlantılı güneş hücresi, farklı malzemelerin birbirinin üstüne katman-katman oturtulmakla (daha kısa dalga boylarının (en büyük bant aralıkların) üstte olması ve hücre gövdesi boyunca artması şartıyla) yapılabilir.
Fotonların emilmek için uygun katmana varmalı oldukları nedeniyle hücreni geçmeli olduklarından ötürü, her katmanda üretilen elektronları toplamak üzere saydam iletkenler gereklidir. Tandem hücrenin üretilmesi, esasen malzemelerin inceliğine ve katmanlar arasındaki akımın çıkartılması zorluklarına göre kolay iş değildir. Kolay çözüm, iki mekaniksel olarak ayrı ince film güneş hücrelerini kullanarak daha sonra onları hücre dışında ayrı-ayrı bağlamak. Üst ve alt hücrelerin ayrı bağlanmasından ötürü onlar akım eşleştirmesini gerekmez, bu ise bant aralıkları kombinasyonu yeterli olarak esnek eder. Bu yöntem, amorf silisyum güneş hücrelerinde kullanılır; Uni-Solar adlı Amerikalı şirketin ürünlerinde üç böyle katman, %9 civarında verimliliğe ulaşmak için kullanılır. Daha yabancıl (yani egzotik) ince film malzemelerini kullanan deneylik numuneleri, %30 fazla verimlilik göstermişdir.
Daha zor bir çözüm, hücrenin mekaniksel ve elektriksel olarak bağlanmış birçok katmandan oluştuğu, “tektaş olarak entegre edilmiş” (ing. “monolithically integrated”) hücredir. Bu hücrelerin üretilmesi pek zordur, zira herbir katmanın elektriksel nitelikleri itinayla eşleştirilmelidir. Özellikle, herbir katmanda üretilmiş fotoakım eşlenmelidir, yoksa elektronlar katmanlar arasında emilecek. Bu, onların yapımlarında kullanabilir malzemelerinin sayısını sınırlandırır, en iyileri ise III-V yarı iletkenlerdir.