为了解决当今太阳能转换效率难突破窘境，各国科学家纷纷投入电池串联技术，让两种材料携手合作、盼能为光电技术带来新气象，而德国夫朗和斐协会太阳能研究所（Fraunhofer ISE）也不例外，近期结合硅与三五族半导体太阳能，成功将转换效率提升到 22.3%。
与单单一层太阳能电池相比，串联技术有望大幅增加光电转换效率，美国、澳洲、中国与英国等科学家也成功运用个中道理，将转换效率已突破至 22% 以上。目前转换效率最高的串联技术则是由瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）与瑞士电子和微技术中心（CSEM）携手带来的硅-钙钛矿太阳能，效率已高达 25.2%。
而最近德国 Fraunhofer ISE 也成功研发出串联太阳能技术，且该成果可以说是“三层电池串联技术”。这是因为该团队是将磷化铟镓（GaInP）、砷化镓（GaAs）两种三五族半导体电池跟硅电池相结合，打造出多接面太阳能电池（multi-junction cell）。
磊晶制程为太阳能串联研究一大重点
相较于硅，人们或许会觉得三五族半导体这个名词相当陌生，基本上他们是由元素周期表中三族的铝、镓、铟及五族的氮、磷、砷等元素所构成，通常都具有优异的光电转换特性以及电子传输特性，为 LED、光电产业与通讯技术重要半导体材料。
只不过要让三五族半导体跟硅携手合作并非易事，其中主要方法有两种，一是先让三五族太阳能电池沉积在砷化镓基板之上，再用半导体接合（bonding）技术把他们转移到硅太阳能电池上，最后透过蚀刻技术将砷化镓基板去除；第二个方法则比较便宜，就是透过磊晶技术让三五族层直接“生长”在硅电池上。
▲ 图为三五族-硅多接面太阳能电池结构与相关数据。
但技术便宜不代表过程简单，科学家得密切注意材料原子结构，镓跟磷原子排列必须要精准对上硅接面的晶格位置，而且晶格中的原子间距也不能太窄，必须要留空间给砷化镓材料。因此 Fraunhofer ISE 团队将硅与砷化镓之间添入磷化镓（GaP）的成核层和晶格形变（Metamorphic）缓冲层，希望可借由最佳化缓冲层来解决上述挑战。
Fraunhofer ISE 投入三五族-硅太阳能研究已超过 10 年，所幸近期终于有所突破，目前已大幅降低三五族-硅太阳能电池的缺陷密度，并将转换效率提升到 22.3%。研究所所长 Andreas Bett 博士表示，磊晶技术为串联太阳能电池的重要研究方法之一。
除此之外，三五族-硅磊晶技术也有望降低三五族太阳能板的成本。虽然三五族太阳能为历史相当悠久的光电技术，NASA 早在 1950 年代就将该技术用在火星探测，当时转换效率已达 27%，如今更是突破至 43.5%，但由于成本较为高昂，一直以来都无法迈向大规模商业化，而低成本的三五族-硅磊晶技术将有助于推动这一进展。
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（图片来源：Fraunhofer ISE）
