बहु-जंक्शन (MJ) सौर कोशिकाएं सौर कोशिकाएं होती हैं जिनमें विभिन्न अर्धचालक पदार्थों से बने कई पी-एन जंक्शन होते हैं। प्रत्येक सामग्री के पीएन जंक्शन प्रकाश के विभिन्न तरंग दैर्ध्य के जवाब में विद्युत प्रवाह का उत्पादन करेगा।एकाधिक अर्धचालक पदार्थों का उपयोग तरंगदैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला के अवशोषण की अनुमति देता है, जिससे सेल की सूर्य की रोशनी में विद्युत ऊर्जा रूपांतरण दक्षता में सुधार होता है।

पारंपरिक एकल जंक्शन कोशिकाओं की अधिकतम सैद्धांतिक दक्षता 33.16% है। सैद्धांतिक रूप से, जंक्शनों की एक अनंत संख्या में अत्यधिक केंद्रित सूरज की रोशनी के तहत 86.8% की सीमित दक्षता होगी।

वर्तमान में, पारंपरिक क्रिस्टलीय सिलिकॉन सौर कोशिकाओं के सर्वोत्तम प्रयोगशाला उदाहरणों में 20% और 25% के बीच क्षमता होती है, जबकि बहु-जंक्शन कोशिकाओं के प्रयोगशाला उदाहरणों ने 46% से अधिक केंद्रित सूरज की रोशनी के प्रदर्शन का प्रदर्शन किया है। टंडेम कोशिकाओं के वाणिज्यिक उदाहरण एक-सूरज रोशनी के तहत 30% पर व्यापक रूप से उपलब्ध हैं, और केंद्रित सूर्यप्रकाश के तहत लगभग 40% तक सुधार करते हैं। हालांकि, यह दक्षता बढ़ती जटिलता और विनिर्माण मूल्य की लागत पर प्राप्त की जाती है। आज तक, उनकी उच्च कीमत और उच्च मूल्य-से-प्रदर्शन अनुपात ने अपने उपयोग को विशेष भूमिकाओं तक सीमित कर दिया है, विशेष रूप से एयरोस्पेस में जहां उनके उच्च शक्ति-से-वजन अनुपात वांछनीय है। स्थलीय अनुप्रयोगों में, ये सौर कोशिकाएं दुनिया भर में प्रतिष्ठानों की बढ़ती संख्या के साथ सांद्रता फोटोवोल्टिक्स (सीपीवी) में उभर रही हैं।

मौजूदा डिजाइनों के प्रदर्शन में सुधार के लिए टंडेम फैब्रिकेशन तकनीकों का उपयोग किया गया है। विशेष रूप से, तकनीक को कम लागत वाली पतली फिल्म सौर कोशिकाओं पर लागू किया जा सकता है, जो पारंपरिक क्रिस्टलीय सिलिकॉन के विपरीत, असंगत सिलिकॉन का उपयोग करते हुए, लगभग 10% दक्षता वाले हल्के और लचीले होते हैं। इस दृष्टिकोण का उपयोग कई वाणिज्यिक विक्रेताओं द्वारा किया गया है, लेकिन ये उत्पाद वर्तमान में कुछ विशिष्ट भूमिकाओं तक सीमित हैं, जैसे छत सामग्री।

विवरण

सौर कोशिकाओं की मूल बातें

पारंपरिक फोटोवोल्टिक कोशिकाएं आम तौर पर ऊपर और नीचे जमा धातु संपर्कों के साथ डॉपड सिलिकॉन से बना होती हैं। डोपिंग आम तौर पर सेल के शीर्ष पर एक पतली परत पर लागू होती है, जो एक विशेष बैंडगैप ऊर्जा, ईजी के साथ पीएन जंक्शन उत्पन्न करती है।

सौर कोशिका के शीर्ष पर आने वाले फोटॉन या तो सेल में प्रतिबिंबित या प्रसारित होते हैं। प्रेषित फोटॉनों में एचवी ,, एक इलेक्ट्रॉन के लिए अपनी ऊर्जा, एच ν , देने की क्षमता होती है, जो एक इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी उत्पन्न करता है। कमी क्षेत्र में, बहाव विद्युत क्षेत्र एड्रिफ्ट इलेक्ट्रॉनों और छेद दोनों को अपने संबंधित एन-डोपेड और पी-डोप्ड क्षेत्रों (क्रमशः ऊपर और नीचे) की ओर बढ़ाता है। परिणामी वर्तमान आईजी को जेनरेटेड फोटोकुरेंट कहा जाता है। अर्ध-तटस्थ क्षेत्र में, स्कैटरिंग इलेक्ट्रिक फील्ड एस्कैट पी-डोप्ड (एन-डोप्ड) क्षेत्र की तरफ छेद (इलेक्ट्रॉन) को बढ़ाता है, जो एक बिखरने वाली फोटोकुरेंट इप्सकैट (इंस्कैट) देता है। नतीजतन, शुल्कों के संचय के कारण, एक संभावित वी और एक फोटोक्रेंट आईएफ दिखाई देते हैं। इस फोटोकुरेंट के लिए अभिव्यक्ति पीढ़ी और स्कैटरिंग फोटोकुरेंट्स जोड़कर प्राप्त की जाती है: आईएफ = आईजी + इंस्काट + आईपीएसकैट।

रोशनी के तहत एक सौर कोशिका के जेवी विशेषताओं (जे वर्तमान घनत्व, यानी वर्तमान प्रति यूनिट क्षेत्र) आईएफ द्वारा अंधेरे में एक डायोड की जेवी विशेषताओं को स्थानांतरित करके प्राप्त किया जाता है। चूंकि सौर कोशिकाओं को बिजली की आपूर्ति करने और इसे अवशोषित करने के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया है, इसलिए बिजली पी = वी · आईएफ नकारात्मक होना चाहिए। इसलिए, ऑपरेटिंग पॉइंट (वीएम, जेएम) उस क्षेत्र में स्थित है जहां वी> 0 और आईएफ <0, और बिजली के पूर्ण मूल्य को अधिकतम करने के लिए चुना गया है। पी | हानि तंत्र एक सौर सेल के सैद्धांतिक प्रदर्शन का पहली बार 1 9 60 के दशक में गहराई से अध्ययन किया गया था, और इसे आज शॉकली-क्विसर सीमा के रूप में जाना जाता है। सीमा कई हानिकारक तंत्र का वर्णन करती है जो किसी भी सौर सेल डिजाइन के निहित हैं। सबसे पहले ब्लैकबीड विकिरण के कारण नुकसान होता है, एक हानि तंत्र जो पूर्ण शून्य से ऊपर किसी भी भौतिक वस्तु को प्रभावित करता है। मानक तापमान और दबाव पर सौर कोशिकाओं के मामले में, यह हानि बिजली के लगभग 7% के लिए जिम्मेदार है। दूसरा प्रभाव "पुनर्मूल्यांकन" के रूप में जाना जाता है, जहां फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव द्वारा बनाए गए इलेक्ट्रॉन पिछले उत्तेजनाओं के पीछे छोड़े गए इलेक्ट्रॉन छेद को पूरा करते हैं। सिलिकॉन में, यह बिजली के 10% के लिए जिम्मेदार है। हालांकि, प्रमुख हानि तंत्र प्रकाश में सभी शक्तियों को निकालने के लिए सौर कोशिका की अक्षमता है, और संबंधित समस्या है कि यह कुछ फोटॉनों से किसी भी शक्ति को निकालने में सक्षम नहीं है। यह इस तथ्य के कारण है कि फोटॉन के पास सामग्री के बैंडगैप को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होनी चाहिए। यदि फोटॉन में बैंडगैप की तुलना में कम ऊर्जा है, तो यह बिल्कुल एकत्र नहीं किया जाता है। यह पारंपरिक सौर कोशिकाओं के लिए एक बड़ा विचार है, जो इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम के अधिकांश संवेदनशील नहीं हैं, हालांकि यह सूर्य से आने वाली लगभग आधा शक्ति का प्रतिनिधित्व करता है। इसके विपरीत, बैंडगैप की तुलना में अधिक ऊर्जा वाले फोटॉन, ब्लू लाइट कहते हैं, शुरुआत में बैंडगैप के ऊपर एक राज्य के लिए एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालें, लेकिन यह अतिरिक्त ऊर्जा टकराव के माध्यम से "छूट" के रूप में जाना जाता है। यह खोया ऊर्जा कोशिका में गर्मी में बदल जाती है, जिसका आगे बढ़ने वाले ब्लैकबीड नुकसान का दुष्प्रभाव होता है। इन सभी कारकों का संयोजन, परंपरागत सिलिकॉन कोशिकाओं की तरह एकल बैंडगैप सामग्री के लिए अधिकतम दक्षता लगभग 34% है। यही है, सेल को मारने वाले सूरज की रोशनी में 66% ऊर्जा खो जाएगी। व्यावहारिक चिंताओं को और अधिक कम करता है, विशेष रूप से सामने की सतह या धातु टर्मिनलों को प्रतिबिंबित करता है, आधुनिक उच्च गुणवत्ता वाली कोशिकाओं के साथ लगभग 22%। निचला, जिसे नरक भी कहा जाता है, बैंडगैप सामग्री लंबे तरंग दैर्ध्य, कम ऊर्जा फोटॉनों को परिवर्तित कर देगी। उच्च, या व्यापक बैंडगैप सामग्री कम तरंग दैर्ध्य, उच्च ऊर्जा प्रकाश परिवर्तित करेगा। एएम 1.5 स्पेक्ट्रम का एक विश्लेषण, दिखाता है कि सबसे अच्छा संतुलन लगभग 1.1 ईवी (करीब 1100 एनएम, निकट अवरक्त में) तक पहुंच गया है, जो सिलिकॉन में प्राकृतिक बैंडगैप और कई अन्य उपयोगी सेमीकंडक्टर्स के बहुत करीब होता है। बहु जंक्शन कोशिकाओं कई सामग्रियों की परतों से बने कोशिकाओं में एकाधिक बैंडगैप्स हो सकते हैं और इसलिए कई प्रकाश तरंगदैर्ध्यों का जवाब देंगे, जो कुछ ऊर्जा को कैप्चर और परिवर्तित कर देंगे जो उपरोक्त वर्णित छूट के लिए अन्यथा खो जाएंगे। उदाहरण के लिए, यदि किसी के पास दो बैंडगैप्स वाला सेल होता है, तो एक लाल रोशनी के लिए ट्यून किया जाता है और दूसरा हरा होता है, फिर हरी, सियान और नीली रोशनी में अतिरिक्त ऊर्जा केवल हरी-संवेदनशील सामग्री के बैंडगैप को खो जाएगी, जबकि लाल, पीले और नारंगी की ऊर्जा केवल लाल संवेदनशील सामग्री के बैंडगैप के लिए खो जाएगी।एकल-बैंडगैप उपकरणों के प्रदर्शन के समान विश्लेषण के बाद, यह प्रदर्शित किया जा सकता है कि दो-अंतर डिवाइस के लिए सही बैंडगैप्स 1.1 ईवी और 1.8 ईवी पर हैं। सुविधाजनक रूप से, एक विशेष तरंग दैर्ध्य की रोशनी बड़ी बैंडगैप की सामग्री के साथ दृढ़ता से बातचीत नहीं करती है।इसका मतलब यह है कि आप एक दूसरे के शीर्ष पर विभिन्न सामग्रियों को "शीर्ष" पर सबसे कम तरंग दैर्ध्य (सबसे बड़ा बैंडगैप) और सेल के शरीर के माध्यम से बढ़कर एक बहु-जंक्शन सेल बना सकते हैं। चूंकि फोटोन को अवशोषित होने के लिए उचित परत तक पहुंचने के लिए सेल से गुज़रना पड़ता है, पारदर्शी कंडक्टर को प्रत्येक परत पर उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा करने के लिए उपयोग करने की आवश्यकता होती है। एक टंडेम सेल का निर्माण करना एक आसान काम नहीं है, मुख्य रूप से सामग्री की पतलीपन और परतों के बीच वर्तमान निकालने की कठिनाइयों के कारण। आसान समाधान दो यांत्रिक रूप से अलग पतली फिल्म सौर कोशिकाओं का उपयोग करना है और फिर सेल के बाहर अलग-अलग तारों को तार करना है। इस तकनीक का व्यापक रूप से असफ़ल सिलिकॉन सौर कोशिकाओं द्वारा उपयोग किया जाता है, यूनी-सौर के उत्पाद 9% के आसपास दक्षता तक पहुंचने के लिए तीन ऐसी परतों का उपयोग करते हैं। अधिक विदेशी पतली फिल्म सामग्री का उपयोग कर लैब उदाहरणों ने 30% से अधिक क्षमता का प्रदर्शन किया है। अधिक कठिन समाधान "मोनोलिथिकली एकीकृत" सेल है, जहां सेल में कई परतें होती हैं जो यांत्रिक और विद्युतीय रूप से जुड़े होते हैं। इन कोशिकाओं को उत्पादन करना बहुत मुश्किल होता है क्योंकि प्रत्येक परत की विद्युत विशेषताओं को ध्यान से मिलान करना होता है। विशेष रूप से, प्रत्येक परत में उत्पन्न फोटोकोरेंट को मिलान करने की आवश्यकता होती है, अन्यथा परतों के बीच इलेक्ट्रॉनों को अवशोषित किया जाएगा। यह कुछ सामग्रियों के निर्माण को सीमित करता है, जो कि तृतीय-वी सेमीकंडक्टर्स द्वारा सर्वोत्तम रूप से मिलता है। सामग्री पसंद प्रत्येक उप-सेल के लिए सामग्रियों की पसंद जाली-मिलान, वर्तमान मिलान, और उच्च प्रदर्शन ओप्टो-इलेक्ट्रॉनिक गुणों के लिए आवश्यकताओं द्वारा निर्धारित की जाती है। इष्टतम विकास और परिणामी क्रिस्टल गुणवत्ता के लिए, क्रिस्टल जाली निरंतर प्रत्येक सामग्री में से एक को बारीकी से मिलान किया जाना चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप जाली-मिलान वाले डिवाइस होते हैं। हाल ही में विकसित मेटामोर्फिक सौर कोशिकाओं में इस बाधा को कुछ हद तक आराम दिया गया है जिसमें जाली विसंगति की एक छोटी सी डिग्री होती है। हालांकि, विसंगति या अन्य विकास की खामियों की एक बड़ी डिग्री इलेक्ट्रॉनिक गुणों में गिरावट के कारण क्रिस्टल दोषों का कारण बन सकती है। चूंकि प्रत्येक उप-सेल श्रृंखला में विद्युतीय रूप से जुड़ा हुआ है, वही प्रवाह प्रत्येक जंक्शन के माध्यम से बहता है।सामग्रियों को बैंडगैप्स को कम करने का आदेश दिया जाता है, उदाहरण के लिए, उप-बैंडगैप लाइट (एचसी / λ <ई · ईजी) को निचले उप-कोशिकाओं में प्रेषित करने की इजाजत दी जाती है। इसलिए, उपयुक्त बैंडगैप्स को चुना जाना चाहिए ताकि डिज़ाइन स्पेक्ट्रम मौजूदा मिलान प्राप्त करने वाले प्रत्येक उप-कोशिकाओं में वर्तमान पीढ़ी को संतुलित करेगा। चित्रा सी (बी) प्लॉट स्पेक्ट्रल irradiance ई (λ), जो किसी दिए गए तरंगदैर्ध्य λ पर स्रोत शक्ति घनत्व है। यह तरंगदैर्ध्य के एक समारोह के रूप में प्रत्येक जंक्शन के लिए अधिकतम रूपांतरण दक्षता के साथ एक साथ प्लॉट किया गया है, जो सीधे फोटोकुरेंट में रूपांतरण के लिए उपलब्ध फोटॉनों की संख्या से संबंधित है। अंत में, परतों को उच्च प्रदर्शन के लिए विद्युत रूप से इष्टतम होना चाहिए। यह मजबूत अवशोषण गुणांक α (λ), उच्च अल्पसंख्यक वाहक जीवनकाल τminority, और उच्च गतिशीलता μ के साथ सामग्री के उपयोग की आवश्यकता है। नीचे दी गई तालिका में अनुकूल मूल्य आमतौर पर बहु-जंक्शन सौर कोशिकाओं के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों की पसंद को औचित्य देते हैं: शीर्ष उप-सेल (ईजी = 1.8 - 1.9 ईवी) के लिए इनगाएपी, मध्य उप-सेल (ईजी = 1.4 ईवी) के लिए इनगाएएस , और नीचे उप-सेल (जैसे = 0.67 ईवी) के लिए जर्मेनियम। जीई का उपयोग मुख्य रूप से इसके जाली स्थिरता, मजबूती, कम लागत, बहुतायत, और उत्पादन में आसानी के कारण होता है। सामग्री आज तक उत्पादित बहु-जंक्शन कोशिकाओं का बहुमत तीन परतों का उपयोग करता है (हालांकि कई टंडेम ए-सी: एच / एमसी-सी मॉड्यूल का उत्पादन किया गया है और व्यापक रूप से उपलब्ध हैं)। हालांकि, ट्रिपल जंक्शन कोशिकाओं को अर्धचालकों के उपयोग की आवश्यकता होती है जिन्हें विशिष्ट आवृत्तियों के लिए ट्यून किया जा सकता है, जिसके कारण उनमें से अधिकतर गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) यौगिकों से बना है, अक्सर नीचे के लिए जर्मेनियम- मध्य के लिए GaAs, और शीर्ष-सेल के लिए GaInP2। गैलियम आर्सेनाइड सब्सट्रेट गैलियम आर्सेनाइड वेफर्स पर दोहरी जंक्शन कोशिकाओं को बनाया जा सकता है। इन 53 जीए 4 पी के माध्यम से इन 5 जीए 5 पी के बीच इंडियम गैलियम फॉस्फाइड के मिश्र धातु उच्च बैंड अंतराल मिश्र धातु के रूप में कार्य करते हैं। यह मिश्र धातु रेंज 1.92eV से 1.87eV की सीमा में बैंड अंतराल रखने की क्षमता प्रदान करती है। निचले GaAs जंक्शन में 1.42eV का बैंड अंतर होता है। जर्मेनियम सब्सट्रेट इंडियम गैलियम फॉस्फाइड (आईएनजीएपी), गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) या इंडियम गैलियम आर्सेनाइड (आईएनजीएएएस) और जर्मेनियम (जीई) युक्त ट्रिपल जंक्शन कोशिकाएं जर्मेनियम वेफर्स पर बनाई जा सकती हैं।प्रारंभिक कोशिकाओं ने मध्य जंक्शन में सीधे गैलियम आर्सेनाइड का उपयोग किया। बाद में कोशिकाओं ने Ge0 के बेहतर जाली मैच के कारण In0.015Ga0.985As का उपयोग किया है, जिसके परिणामस्वरूप कम दोष घनत्व होता है। GaAs (1.42eV), और जीई (0.66eV) के बीच विशाल बैंड अंतर अंतर के कारण, वर्तमान मैच बहुत खराब है, जीई जंक्शन ने वर्तमान में सीमित वर्तमान संचालित किया है। वाणिज्यिक InGaP / GaAs / Ge कोशिकाओं के लिए वर्तमान क्षमता केंद्रित सूरज की रोशनी के तहत 40% तक पहुंचती है। लैब कोशिकाएं (आंशिक रूप से GaAs और Ge जंक्शन के बीच अतिरिक्त जंक्शन का उपयोग करके) ने 40% से ऊपर की क्षमता का प्रदर्शन किया है। इंडियम फॉस्फाइड सब्सट्रेट इंडियम फॉस्फाइड को 1.35eV और 0.74eV के बीच बैंड अंतराल वाले कोशिकाओं को बनाने के लिए एक सब्सट्रेट के रूप में उपयोग किया जा सकता है। इंडियम फॉस्फाइड में 1.35 वीवी का बैंड अंतर है। इंडियम गैलियम आर्सेनाइड (IN0.53Ga0.47As) जाली 0.74eV के बैंड अंतर के साथ इंडियम फॉस्फाइड से मेल खाता है। इंडियम गैलियम आर्सेनाइड फॉस्फाइड का एक क्वाटरनेरी मिश्र धातु दोनों के बीच किसी भी बैंड अंतर के लिए जाली जा सकता है। इंडियम फॉस्फाइड-आधारित कोशिकाओं में गैलियम आर्सेनाइड कोशिकाओं के साथ मिलकर काम करने की क्षमता है।दो कोशिकाओं को श्रृंखला में ऑप्टिकल रूप से जोड़ा जा सकता है (GaAs सेल के नीचे आईएनपी सेल के साथ), या एक डिच्रोइक फ़िल्टर का उपयोग कर स्पेक्ट्रा विभाजन के उपयोग के माध्यम से समानांतर में। इंडियम गैलियम नाइट्राइड सब्सट्रेट इंडियम गैलियम नाइट्राइड (आईएनजीएएन) एक अर्धचालक पदार्थ है जो गैलियम नाइट्राइड (GaN) और इंडियम नाइट्राइड के मिश्रण से बना है ( सराय )। यह एक टर्नरी समूह III / V प्रत्यक्ष बैंडगैप सेमीकंडक्टर है। इसके बैंडगैप को 0.7 ईवी से 3.4 ईवी तक मिश्र धातु में इंडियम की मात्रा को अलग करके ट्यून किया जा सकता है, इस प्रकार यह सौर कोशिकाओं के लिए आदर्श सामग्री बना देता है। हालांकि, बैंडगैप से संबंधित तकनीकी कारकों की वजह से इसकी रूपांतरण क्षमता अभी भी बाजार में प्रतिस्पर्धी होने के लिए पर्याप्त नहीं है। कार्य में सुधार संरचना कई एमजे फोटोवोल्टिक कोशिकाएं III-V अर्धचालक पदार्थों का उपयोग करती हैं। GaAsSb- आधारित हेटरोज़ंक्शन सुरंग डायोड, ऊपर वर्णित पारंपरिक आईजीएपी अत्यधिक डोप्ड सुरंग डायोड के बजाय, कम सुरंग दूरी है। दरअसल, GaAsSb और InGaAs द्वारा बनाए गए हेटरोस्ट्रक्चर में, GaAsSb का वैलेंस बैंड आसन्न पी-डॉपड परत के वैलेंस बैंड से अधिक है। नतीजतन, सुरंग दूरी dtunnel कम हो गया है और इसलिए सुरंग वर्तमान, जो तेजी से dtunnel पर निर्भर करता है, बढ़ा है। इसलिए, वोल्टेज इंजेगा सुरंग जंक्शन की तुलना में कम है। GaAsSb heterojunction सुरंग डायोड अन्य फायदे प्रदान करते हैं। एक ही वर्तमान को कम डोपिंग का उपयोग करके हासिल किया जा सकता है। दूसरा, क्योंकि जीए से GaAsSb के लिए जाली स्थिरता बड़ी है, इसलिए नीचे कोशिका के लिए सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला का उपयोग कर सकते हैं क्योंकि अधिक सामग्री जाली की तुलना में GaAsSb से जाली होती है। रासायनिक परतों को कुछ परतों में जोड़ा जा सकता है। प्रत्येक परत में लगभग एक प्रतिशत इंडियम जोड़ने से विभिन्न परतों के जाली स्थिरांक बेहतर होते हैं। इसके बिना, परतों के बीच लगभग 0.08 प्रतिशत मेल नहीं है, जो प्रदर्शन को रोकता है। शीर्ष सेल में एल्यूमीनियम जोड़ने से बैंड बैंड अंतर 1.96 ईवी तक बढ़ जाता है, जिसमें सौर स्पेक्ट्रम का एक बड़ा हिस्सा शामिल होता है और उच्च खुली सर्किट वोल्टेज वीओसी प्राप्त होता है। एमजे सौर कोशिकाओं की सैद्धांतिक दक्षता पीएन जंक्शनों की अनंत संख्या के लिए 86.8% है, जिसका अर्थ यह है कि अधिक जंक्शन दक्षता में वृद्धि करते हैं। अधिकतम सैद्धांतिक दक्षता क्रमश: 1, 2, 3, 36 पीएन जंक्शनों के लिए 37, 50, 56, 72% है, जो कि समान दक्षता वृद्धि को प्राप्त करने के लिए तेजी से बढ़ती जंक्शनों की संख्या के साथ है। घातीय संबंध का तात्पर्य है कि जैसे ही सेल दक्षता की सीमा तक पहुंचता है, वृद्धि लागत और जटिलता तेजी से बढ़ती है। शीर्ष सेल की मोटाई को कम करने से ट्रांसमिशन गुणांक टी बढ़ जाता है। अंत में, पी-जीई परत और इनगाएएस परत के बीच एक इंजीएपी हेटरो-लेयर को एमओसीवीडी विकास के दौरान स्कैटरिंग द्वारा स्वचालित रूप से एन-जीई परत बनाने के लिए जोड़ा जा सकता है और नीचे सेल की क्वांटम दक्षता क्यूई (λ) में काफी वृद्धि हो सकती है। आईजीएपी अपने उच्च स्कैटरिंग गुणांक और जीई में कम घुलनशीलता के कारण फायदेमंद है। स्पेक्ट्रल विविधताएं पृथ्वी की सतह पर सौर स्पेक्ट्रम लगातार मौसम और सूर्य की स्थिति के आधार पर बदलता है। इसके परिणामस्वरूप φ (λ), क्यूई (λ), α (λ) और इस प्रकार शॉर्ट-सर्किट धाराएं जेएससीआई की भिन्नता में परिणाम मिलता है। नतीजतन, वर्तमान घनत्व जी जरूरी नहीं है और कुल वर्तमान कम हो जाता है। इन बदलावों को औसत फोटॉन ऊर्जा (एपीई) का उपयोग करके मात्राबद्ध किया जा सकता है जो वर्णक्रमीय विकिरण जी (λ) (एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य λ में प्रकाश स्रोत की शक्ति घनत्व) और कुल फोटॉन प्रवाह घनत्व के बीच अनुपात है। यह दिखाया जा सकता है कि एपीई के लिए एक उच्च (निम्न) मान का अर्थ है निम्न (उच्च) तरंग दैर्ध्य वर्णक्रमीय स्थितियों और उच्च (निचली) क्षमताएं। इस प्रकार एपीई प्रदर्शन पर सौर स्पेक्ट्रम विविधताओं के प्रभाव को मापने के लिए एक अच्छा संकेतक है और डिवाइस संरचना और डिवाइस की अवशोषण प्रोफ़ाइल से स्वतंत्र होने का अतिरिक्त लाभ है। प्रकाश सांद्रता का उपयोग करें हल्के सांद्रता क्षमता में वृद्धि और लागत / दक्षता अनुपात को कम करते हैं। उपयोग में तीन प्रकार के प्रकाश सांद्रता फ्रेस्नेल लेंस, परावर्तक व्यंजन (पैराबॉलिक या केससेज्रेन), और लाइट गाइड ऑप्टिक्स जैसे अपवर्तक लेंस होते हैं। इन उपकरणों के लिए धन्यवाद, एक बड़ी सतह पर आने वाली रोशनी एक छोटे से सेल पर केंद्रित हो सकती है। तीव्रता एकाग्रता अनुपात (या "सूरज") ध्यान केंद्रित प्रकाश की औसत तीव्रता 1 किलोवाट / वर्ग मीटर (सौर स्थिरता से संबंधित उचित मूल्य) से विभाजित है। यदि इसका मान एक्स है तो एमजे वर्तमान केंद्रित रोशनी के तहत एक्स उच्च हो जाता है। 500 से 1000 के क्रम पर सांद्रता का उपयोग करना, जिसका अर्थ है ए 1 सेमी ² सेल से एकत्रित प्रकाश का उपयोग कर सकते हैं 0.1 वर्ग मीटर (जैसा 1 वर्ग मीटर बराबरी का 10000 सेमी ²), आज तक देखी गई उच्चतम क्षमता पैदा करता है। तीन-परत कोशिकाएं मूल रूप से 63% तक सीमित हैं, लेकिन मौजूदा व्यावसायिक प्रोटोटाइप पहले से ही 40% से अधिक प्रदर्शन कर चुके हैं। ये कोशिकाएं अपने सैद्धांतिक अधिकतम प्रदर्शन के बारे में 2/3 पर कब्जा करती हैं, इसलिए यह मानते हुए कि एक ही डिजाइन के एक गैर-केंद्रित संस्करण के लिए यह सच है, कोई 30% दक्षता के तीन-स्तर सेल की अपेक्षा कर सकता है। पारंपरिक सिलिकॉन डिज़ाइनों पर उनके अतिरिक्त उत्पादन लागत के लिए यह पर्याप्त लाभ नहीं है। इस कारण से, स्थलीय उपयोग के लिए लगभग सभी बहु-जंक्शन कोशिका अनुसंधान सांद्रता प्रणालियों को समर्पित होते हैं, आमतौर पर मिरर या फ़्रेज़नेल लेंस का उपयोग करते हैं। एक सांद्रता का उपयोग करने से अतिरिक्त लाभ भी मिलता है कि जमीन के किसी भी क्षेत्र को कवर करने के लिए आवश्यक कोशिकाओं की संख्या बहुत कम हो जाती है। एक पारंपरिक प्रणाली को कवर किया 1 वर्ग मीटर 625 की आवश्यकता होगी 16 सेमी ² कोशिकाएं, लेकिन एक सांद्रता प्रणाली के लिए एक सांद्रता के साथ केवल एक ही सेल की आवश्यकता होती है। केंद्रित मल्टी-जंक्शन कोशिकाओं के लिए तर्क यह रहा है कि कोशिकाओं की उच्च लागत कोशिकाओं की कुल संख्या में कमी से ऑफसेट से अधिक होगी। हालांकि, सांद्रता दृष्टिकोण का नकारात्मक पक्ष यह है कि कम रोशनी की स्थिति के तहत दक्षता बहुत जल्दी गिर जाती है। पारंपरिक कोशिकाओं पर अपने लाभ को अधिकतम करने के लिए और इस प्रकार प्रतिस्पर्धी लागत हो सकती है, सांद्रता प्रणाली को सूर्य को ट्रैक करना होता है क्योंकि यह कोशिका पर केंद्रित प्रकाश को बनाए रखने के लिए चलता है और यथासंभव अधिकतम दक्षता बनाए रखता है। इसके लिए एक सौर ट्रैकर प्रणाली की आवश्यकता होती है, जो उपज को बढ़ाती है, लेकिन लागत भी होती है। छलरचना 2014 तक बहु-जंक्शन कोशिकाओं का उत्पादन महंगा था, अर्धचालक उपकरण निर्माण के समान तकनीकों का उपयोग करके, आमतौर पर मेटलोरगोनिक वाष्प चरण epitaxy लेकिन सेंटीमीटर के क्रम पर "चिप" आकार पर। उस साल एक नई तकनीक की घोषणा की गई जिसने ऐसी कोशिकाओं को ग्लास या स्टील के सब्सट्रेट का उपयोग करने की इजाजत दी, कम मात्रा में कम लागत वाले वाष्प जिन्हें पारंपरिक सिलिकॉन कोशिकाओं के साथ प्रतिस्पर्धी लागत प्रदान करने का दावा किया गया था। अन्य प्रौद्योगिकियों के साथ तुलना फोटोवोल्टिक कोशिकाओं की चार मुख्य श्रेणियां हैं: पारंपरिक मोनो और बहु ​​क्रिस्टलीय सिलिकॉन (सी-सी) कोशिकाएं, पतली फिल्म सौर कोशिकाएं (ए-सी, सीआईजीएस और सीडीटीई), और बहु-जंक्शन (एमजे) सौर कोशिकाएं। चौथी श्रेणी, उभरते फोटोवोल्टिक्स में ऐसी तकनीकें हैं जो अभी भी अनुसंधान या विकास चरण में हैं और नीचे दी गई तालिका में सूचीबद्ध नहीं हैं।

श्रेणियाँ	प्रौद्योगिकी	η (%)	वी ओसी(वी)	मैं अनुसूचित जाति(ए)	डब्ल्यू / वर्ग मीटर	टी (μm)
क्रिस्टलीय सिलिकॉन कोशिकाओं	monocrystalline	24.7	0.5	0.8	63	100
	पॉलीसिलिकॉन	20.3	0.615	8.35	211	200
पतली फिल्म सौर कोशिकाओं	असंगत सिलिकॉन	11.1	0.63	0.089	33	1
	CdTe	16.5	0.86	0.029	–	5
	CIGS	19.5	–	–	–	1
बहु जंक्शन कोशिकाओं	एमजे	40.7	2.6	1.81	476	140

एमजे सौर कोशिकाओं और अन्य फोटोवोल्टिक उपकरणों में महत्वपूर्ण अंतर हैं (उपरोक्त तालिका देखें)। शारीरिक रूप से, एक बड़े फोटॉन ऊर्जा स्पेक्ट्रम को पकड़ने के लिए एमजे सौर सेल की मुख्य संपत्ति में एक से अधिक पीएन जंक्शन होते हैं जबकि पतली फिल्म सौर सेल की मुख्य संपत्ति मोटी परतों की बजाय पतली फिल्मों का उपयोग करना है ताकि कम हो सके लागत दक्षता अनुपात। 2010 तक, एमजे सौर पैनल दूसरों की तुलना में अधिक महंगी हैं। ये मतभेद अलग-अलग अनुप्रयोगों को इंगित करते हैं: एमजे सौर कोशिकाओं को स्थलीय अनुप्रयोगों के लिए अंतरिक्ष और सी-सी सौर कोशिकाओं में प्राथमिकता दी जाती है।

सौर कोशिकाओं और सी सौर प्रौद्योगिकी की क्षमता अपेक्षाकृत स्थिर है, जबकि सौर मॉड्यूल और बहु-जंक्शन प्रौद्योगिकी की दक्षता प्रगति कर रही है।

एमजे सौर कोशिकाओं पर मापन आमतौर पर प्रयोगशाला में किया जाता है, प्रकाश सांद्रता (यह अक्सर अन्य कोशिकाओं के लिए नहीं होता है) और मानक परीक्षण स्थितियों (एसटीसी) के तहत प्रयोग किया जाता है। एसटीसी, स्थलीय अनुप्रयोगों के लिए, एएम 1.5 स्पेक्ट्रम संदर्भ के रूप में निर्धारित करते हैं। यह वायु द्रव्यमान (एएम) 48 डिग्री के आकाश में सूर्य की एक निश्चित स्थिति और 833 डब्लू / एम² की एक निश्चित शक्ति से मेल खाता है। इसलिए, एसटीसी के तहत घटना प्रकाश और पर्यावरण मानकों के वर्णक्रमीय बदलावों को ध्यान में नहीं रखा जाता है।

नतीजतन, स्थलीय पर्यावरण में एमजे सौर कोशिकाओं का प्रदर्शन प्रयोगशाला में हासिल करने के लिए कम है। इसके अलावा, एमजे सौर कोशिकाओं को इस प्रकार डिजाइन किया गया है कि धाराएं एसटीसी के तहत मेल खाती हैं, लेकिन आवश्यक रूप से क्षेत्र की स्थितियों के तहत नहीं। कोई भी विभिन्न तकनीकों के प्रदर्शन की तुलना करने के लिए क्यूई (λ) का उपयोग कर सकता है, लेकिन क्यूई (λ) में उप-समूह की धाराओं के मिलान पर कोई जानकारी नहीं है। एक महत्वपूर्ण तुलना बिंदु एक ही घटना प्रकाश के साथ उत्पन्न प्रति यूनिट क्षेत्र की आउटपुट पावर है।

अनुप्रयोगों

2010 तक, विशेष अनुप्रयोगों के बाहर उपयोग की अनुमति देने के लिए एमजे सौर कोशिकाओं की लागत बहुत अधिक थी। उच्च लागत मुख्य रूप से जटिल संरचना और सामग्रियों की उच्च कीमत के कारण होती है। फिर भी, कम से कम 400 सूरज की रोशनी के तहत हल्के सांद्रता के साथ, एमजे सौर पैनल व्यावहारिक बन जाते हैं।

चूंकि कम महंगे बहु-जंक्शन सामग्री उपलब्ध हो जाती है अन्य अनुप्रयोगों में विभिन्न वायुमंडलीय स्थितियों के साथ माइक्रोक्रिमेट्स के लिए बैंडगैप इंजीनियरिंग शामिल होती है।

वर्तमान में मंगल ग्रह रोवर मिशन में एमजे कोशिकाओं का उपयोग किया जा रहा है।

अंतरिक्ष में पर्यावरण काफी अलग है। चूंकि कोई वातावरण नहीं है, इसलिए सौर स्पेक्ट्रम अलग है (एएम 0)। 1.87eV बनाम 1.87eV और 1.42eV के बीच फोटोनों के अधिक फोटॉन प्रवाह के कारण कोशिकाओं का खराब वर्तमान मिलान होता है। इसके परिणामस्वरूप GaA जंक्शन में बहुत कम प्रवाह होता है, और समग्र दक्षता को प्रभावित करता है क्योंकि आईएनजीएपी जंक्शन एमपीपी वर्तमान के नीचे संचालित होता है और GaA जंक्शन जंक्शन एमपीपी के ऊपर संचालित होता है। वर्तमान मैच को बेहतर बनाने के लिए, इनजीएपी परत को जानबूझकर पतला किया जाता है ताकि अतिरिक्त फोटॉन को निम्न GaAs परत में प्रवेश करने की अनुमति मिल सके।

स्थलीय सांद्रता अनुप्रयोगों में, वायुमंडल द्वारा नीली रोशनी के बिखरने से 1.87eV से ऊपर फोटॉन प्रवाह कम हो जाता है, जो जंक्शन धाराओं को बेहतर संतुलित करता है। विकिरण कण जिन्हें अब फ़िल्टर नहीं किया जाता है, सेल को नुकसान पहुंचा सकते हैं। दो प्रकार के नुकसान होते हैं: आयनीकरण और परमाणु विस्थापन। फिर भी, एमजे कोशिकाएं उच्च विकिरण प्रतिरोध, उच्च दक्षता और कम तापमान गुणांक प्रदान करती हैं।