เซลล์แสงอาทิตย์แบบหลายจุดเชื่อมต่อ ( MJ ) คือเซลล์แสงอาทิตย์ ที่มี จุดเชื่อมต่อ p–nหลายจุดซึ่งทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่แตกต่างกันจุดเชื่อมต่อ p–n ของวัสดุแต่ละชนิดจะสร้างกระแสไฟฟ้าตอบสนองต่อความยาวคลื่นแสง ที่แตกต่างกัน การใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ หลายชนิด ช่วยให้สามารถดูดซับความยาวคลื่นได้หลากหลายมากขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงแสงอาทิตย์เป็นพลังงานไฟฟ้าของเซลล์

เซลล์แบบรอยต่อเดี่ยวแบบดั้งเดิมมี ประสิทธิภาพทางทฤษฎีสูงสุดที่ 33.16% ^{[ 2 ]}ในทางทฤษฎีแล้ว รอยต่อจำนวนอนันต์จะมีประสิทธิภาพสูงสุดที่ 86.8% ภายใต้แสงแดดที่มีความเข้มข้นสูง^{[ 3 ]}

ณ ปี 2024 ตัวอย่างที่ดีที่สุดในห้องปฏิบัติการของ เซลล์แสงอาทิตย์ ซิลิคอนผลึก แบบดั้งเดิม (c-Si) มีประสิทธิภาพสูงถึง 27.1% ^{[ 4 ]}ในขณะที่ตัวอย่างในห้องปฏิบัติการของเซลล์แบบหลายชั้นได้แสดงประสิทธิภาพมากกว่า 46% ภายใต้แสงแดดเข้มข้น^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}ตัวอย่างเชิงพาณิชย์ของเซลล์แบบแทนเดมมีจำหน่ายอย่างแพร่หลายที่ 30% ภายใต้แสงแดดหนึ่งดวง^{[ 8 ] [ 9 ]}และดีขึ้นเป็นประมาณ 40% ภายใต้แสงแดดเข้มข้น อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพนี้ได้มาด้วยต้นทุนของความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นและราคาการผลิตที่สูงขึ้น จนถึงปัจจุบัน ราคาที่สูงขึ้นและอัตราส่วนราคาต่อประสิทธิภาพ ที่สูงขึ้น ได้จำกัดการใช้งานไว้เฉพาะบทบาทพิเศษ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านอวกาศ ซึ่ง อัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักที่สูงเป็นที่ต้องการ ในการใช้งานภาคพื้นดิน เซลล์แสงอาทิตย์เหล่านี้กำลังปรากฏขึ้นในเซลล์แสงอาทิตย์แบบรวมแสง (CPV) แต่ไม่สามารถแข่งขันกับแผงโซลาร์เซลล์แบบชั้นเดียวได้เว้นแต่จะต้องการความหนาแน่นของกำลังที่สูงขึ้น^{[ 10 ]}

เทคนิคการผลิตแบบ Tandem ได้ถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของการออกแบบที่มีอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เทคนิคนี้สามารถนำไปใช้กับเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางที่ มีต้นทุนต่ำกว่า โดยใช้ซิลิคอนอสัณฐานแทนที่จะใช้ซิลิคอนผลึกแบบดั้งเดิม เพื่อผลิตเซลล์ที่มีประสิทธิภาพประมาณ 10% ซึ่งมีน้ำหนักเบาและยืดหยุ่น วิธีการนี้ถูกใช้โดยผู้จำหน่ายเชิงพาณิชย์หลายราย^{[ 11 ]}แต่ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ในปัจจุบันจำกัดอยู่เฉพาะบทบาทเฉพาะกลุ่ม เช่น วัสดุมุงหลังคา

เซลล์แสงอาทิตย์แบบดั้งเดิมมักประกอบด้วยซิลิคอนที่เจือสาร โดยมีหน้าสัมผัสโลหะเคลือบอยู่ด้านบนและด้านล่าง การเจือสารมักทำกับชั้นบางๆ บนด้านบนของเซลล์ ทำให้เกิดรอยต่อ p–n ที่มี พลังงานช่องว่างแถบเฉพาะค่าหนึ่ง E _g

โฟตอนที่กระทบด้านบนของเซลล์แสงอาทิตย์จะถูกสะท้อนหรือส่งผ่านเข้าไปในเซลล์ โฟตอนที่ส่งผ่านมีศักยภาพที่จะให้พลังงานhνแก่อิเล็กตรอนหากhν ≥ E _g ทำให้เกิด คู่อิเล็กตรอน- โฮล^{[ 13 ]}ในบริเวณพร่อง สนามไฟฟ้าดริฟ ต์ E _driftจะเร่งทั้งอิเล็กตรอนและโฮลไปยังบริเวณที่เจือด้วย n และเจือด้วย p ตามลำดับ (ขึ้นและลงตามลำดับ) กระแส ที่เกิดขึ้น I _gเรียกว่ากระแสโฟโตอิเล็กตรอน ที่สร้างขึ้น ในบริเวณกึ่งเป็นกลาง สนามไฟฟ้ากระเจิงE _scattจะเร่งโฮล (อิเล็กตรอน) ไปยังบริเวณที่เจือด้วย p (เจือด้วย n) ซึ่งให้กระแสโฟโตอิเล็กตรอนกระเจิงI _pscatt ( I _nscatt ) ดังนั้น เนื่องจากการสะสมของประจุ จึงเกิด ศักยภาพVและกระแสโฟโตอิเล็กตรอนI _phขึ้น นิพจน์สำหรับกระแสโฟโตอิเล็กตรอนนี้ได้มาจากการบวกกระแสโฟโตอิเล็กตรอนที่สร้างขึ้นและกระเจิง: I _ph = I _g + I _nscatt + I _pscatt

ลักษณะJV ( Jคือความหนาแน่นของกระแส กล่าวคือ กระแสต่อหน่วยพื้นที่) ของเซลล์แสงอาทิตย์ภายใต้การส่องสว่างได้มาจากการเลื่อน ลักษณะ JVของไดโอดในที่มืดลงด้วยI _phเนื่องจากเซลล์แสงอาทิตย์ได้รับการออกแบบมาเพื่อจ่ายพลังงานและไม่ดูดซับพลังงาน ดังนั้นพลังงานP = VI _phจะต้องเป็นลบ ด้วยเหตุนี้ จุดการทำงาน ( V _m , J _m ) จึงอยู่ในบริเวณที่V > 0และI _ph < 0และถูกเลือกเพื่อให้ค่าสัมบูรณ์ของพลังงาน | P | มีค่าสูงสุด^{[ 14 ]}

ประสิทธิภาพเชิงทฤษฎีของเซลล์แสงอาทิตย์ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดเป็นครั้งแรกในทศวรรษ 1960 และปัจจุบันเป็นที่รู้จักกันในชื่อขีดจำกัดช็อกลีย์-เควสเซอร์ขีดจำกัดนี้อธิบายถึงกลไกการสูญเสียหลายอย่างที่เป็นลักษณะเฉพาะของการออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์ทุกแบบ

การสูญเสียอย่างแรกคือการสูญเสียเนื่องจากรังสีแบล็กบอดี้ซึ่งเป็นกลไกการสูญเสียที่ส่งผลต่อวัตถุใดๆ ที่มีอุณหภูมิสูงกว่าศูนย์สัมบูรณ์ในกรณีของเซลล์แสงอาทิตย์ที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐานการสูญเสียนี้คิดเป็นประมาณ 7% ของพลังงานทั้งหมด การสูญเสียอย่างที่สองคือปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "การรวมตัวใหม่" ซึ่งอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นจากปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกจะไปพบกับช่องว่างอิเล็กตรอนที่เหลืออยู่จากการกระตุ้นครั้งก่อน ในซิลิคอน การรวมตัวใหม่นี้คิดเป็นอีก 10% ของพลังงานทั้งหมด

อย่างไรก็ตาม กลไกการสูญเสียที่สำคัญที่สุดคือ ความไม่สามารถของเซลล์แสงอาทิตย์ในการดึงพลังงานทั้งหมดจากแสงและปัญหาที่เกี่ยวข้องคือ ไม่สามารถดึงพลังงานใดๆ จากโฟตอนบางชนิดได้เลย เนื่องจากโฟตอนเหล่านั้นต้องมีพลังงานมากพอที่จะเอาชนะช่องว่างพลังงานของวัสดุได้

หากโฟตอนมีพลังงานน้อยกว่าแบนด์แกป จะไม่สามารถเก็บรวบรวมได้เลย นี่เป็นข้อพิจารณาที่สำคัญสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์แบบดั้งเดิม ซึ่งไม่ไวต่อ สเปกตรัม อินฟราเรด ส่วนใหญ่ แม้ว่าสเปกตรัมดังกล่าวจะคิดเป็นเกือบครึ่งหนึ่งของพลังงานที่มาจากดวงอาทิตย์ก็ตาม ในทางกลับกัน โฟตอนที่มีพลังงานมากกว่าแบนด์แกป เช่น แสงสีฟ้า จะผลักอิเล็กตรอนไปยังสถานะที่สูงกว่าแบนด์แกปในตอนแรก แต่พลังงานส่วนเกินนี้จะสูญเสียไปจากการชนกันในกระบวนการที่เรียกว่า "การผ่อนคลาย" พลังงานที่สูญเสียไปนี้จะเปลี่ยนเป็นความร้อนในเซลล์ ซึ่งมีผลข้างเคียงที่ทำให้การสูญเสียของวัตถุดำเพิ่มมากขึ้น^{[ 15 ]}

เมื่อพิจารณาปัจจัยทั้งหมดเหล่านี้ ประสิทธิภาพสูงสุดของวัสดุที่มีช่องว่างพลังงานเดียว เช่น เซลล์ซิลิคอนแบบดั้งเดิม จะอยู่ที่ประมาณ 34% นั่นคือ พลังงานจากแสงแดดที่ตกกระทบเซลล์ 66% จะสูญเสียไป ข้อจำกัดในทางปฏิบัติยังลดประสิทธิภาพนี้ลงไปอีก โดยเฉพาะการสะท้อนแสงจากพื้นผิวด้านหน้าหรือขั้วโลหะ ทำให้เซลล์คุณภาพสูงในปัจจุบันมีประสิทธิภาพอยู่ที่ประมาณ 22%

วัสดุที่มีช่องว่างพลังงานต่ำ หรือแคบกว่า จะแปลงโฟตอนที่มีความยาวคลื่นยาวกว่าและมีพลังงานต่ำกว่า ในขณะที่วัสดุที่มีช่องว่างพลังงานสูง หรือกว้างกว่า จะแปลงแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าและมีพลังงานสูงกว่า การวิเคราะห์ สเปกตรัม AM1.5แสดงให้เห็นว่าจุดสมดุลที่ดีที่สุดอยู่ที่ประมาณ 1.1 eV (ประมาณ 1100 nm ในช่วงอินฟราเรดใกล้) ซึ่งใกล้เคียงกับช่องว่างพลังงานตามธรรมชาติในซิลิคอนและสารกึ่งตัวนำที่มีประโยชน์อื่นๆ อีกหลายชนิด

เซลล์ที่สร้างจากวัสดุหลายชั้นสามารถมีช่องว่างพลังงานหลายช่อง และด้วยเหตุนี้จึงตอบสนองต่อความยาวคลื่นแสงหลายช่วง โดยสามารถดักจับและแปลงพลังงานบางส่วนที่อาจสูญเสียไปกับการผ่อนคลายดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น

ตัวอย่างเช่น หากมีเซลล์ที่มีช่องว่างพลังงานสองช่อง ช่องหนึ่งปรับให้เข้ากับแสงสีแดงและอีกช่องหนึ่งปรับให้เข้ากับแสงสีเขียว พลังงานส่วนเกินในแสงสีเขียว สีฟ้า และสีน้ำเงินจะสูญเสียไปเฉพาะช่องว่างพลังงานของวัสดุที่ไวต่อแสงสีเขียว ในขณะที่พลังงานของแสงสีแดง สีเหลือง และสีส้มจะสูญเสียไปเฉพาะช่องว่างพลังงานของวัสดุที่ไวต่อแสงสีแดง จากการวิเคราะห์ที่คล้ายกับที่ดำเนินการสำหรับอุปกรณ์ที่มีช่องว่างพลังงานเดียว สามารถแสดงให้เห็นได้ว่าช่องว่างพลังงานที่สมบูรณ์แบบสำหรับอุปกรณ์ที่มีช่องว่างพลังงานสองช่องนั้นอยู่ที่ 0.77  eV และ 1.70  eV ^{[ 16 ]}

โดยทั่วไปแล้ว แสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะจะไม่ทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับวัสดุที่มีช่องว่างพลังงานใหญ่กว่า นั่นหมายความว่าเราสามารถสร้างเซลล์แบบหลายชั้นได้โดยการวางวัสดุต่าง ๆ ซ้อนกัน โดยให้ความยาวคลื่นสั้นที่สุด (ช่องว่างพลังงานใหญ่ที่สุด) อยู่ด้านบนสุด และค่อย ๆ เพิ่มความยาวคลื่นขึ้นเรื่อย ๆ จนถึงชั้นถัดไป เนื่องจากโฟตอนต้องผ่านเซลล์เพื่อไปถึงชั้นที่เหมาะสมที่จะถูกดูดซับ จึง จำเป็นต้องใช้ ตัวนำโปร่งใสเพื่อรวบรวมอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นในแต่ละชั้น

การผลิตเซลล์แบบแทนเดมไม่ใช่เรื่องง่าย ส่วนใหญ่เป็นเพราะวัสดุมีความบางและยากต่อการดึงกระแสไฟฟ้าระหว่างชั้น วิธีแก้ปัญหาที่ง่ายกว่าคือการใช้เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง สองเซลล์ที่แยกจากกันทางกลไก แล้วต่อสายเข้าด้วยกันแยกต่างหากภายนอกเซลล์ เทคนิคนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนอสัณฐาน ผลิตภัณฑ์ของ Uni-Solarใช้ชั้นดังกล่าวสามชั้นเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพประมาณ 9% ตัวอย่างในห้องปฏิบัติการที่ใช้วัสดุฟิล์มบางที่แปลกใหม่กว่าได้แสดงให้เห็นประสิทธิภาพมากกว่า 30% ^{[ 17 ]}

วิธีแก้ปัญหาที่ยากกว่าคือเซลล์ "แบบรวมเป็นเนื้อเดียวกัน" ซึ่งเซลล์ประกอบด้วยชั้นจำนวนหนึ่งที่เชื่อมต่อกันทางกลและทางไฟฟ้า เซลล์เหล่านี้ผลิตได้ยากกว่ามากเนื่องจากคุณสมบัติทางไฟฟ้าของแต่ละชั้นต้องตรงกันอย่างระมัดระวัง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในแต่ละชั้นต้องตรงกัน มิฉะนั้นอิเล็กตรอนจะถูกดูดซับระหว่างชั้น ซึ่งจำกัดการสร้างเซลล์เหล่านี้ไว้เฉพาะวัสดุบางชนิด ซึ่งวัสดุที่ดีที่สุดคือสารกึ่งตัวนำ III–V ^{[ 17 ]}

การเลือกใช้วัสดุสำหรับแต่ละเซลล์ย่อยนั้นขึ้นอยู่กับข้อกำหนดด้านการจับคู่โครงสร้างผลึก การจับคู่กระแสไฟฟ้า และคุณสมบัติทางแสงและอิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพสูง

เพื่อให้ได้การเจริญเติบโตที่ดีที่สุดและคุณภาพของผลึกที่ดีที่สุด ค่าคงที่ของโครงสร้างผลึกaของแต่ละวัสดุจะต้องใกล้เคียงกันมาก ส่งผลให้ได้อุปกรณ์ที่มีโครงสร้างผลึกที่เข้ากันได้ดี ข้อจำกัดนี้ได้รับการผ่อนปรนลงบ้างในเซลล์แสงอาทิตย์แบบเมตาโมฟิก ที่พัฒนาขึ้นใหม่ ซึ่งมีค่าความไม่เข้ากันของโครงสร้างผลึกในระดับเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม ค่าความไม่เข้ากันที่มากขึ้นหรือความไม่สมบูรณ์ในการเจริญเติบโตอื่นๆ อาจนำไปสู่ข้อบกพร่องของผลึก ซึ่งส่งผลให้คุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ลดลง

เนื่องจากเซลล์ย่อยแต่ละเซลล์เชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าแบบอนุกรม กระแสไฟฟ้าจึงไหลผ่านจุดเชื่อมต่อแต่ละจุดเท่ากัน วัสดุถูกจัดเรียงตามลำดับช่องว่างพลังงาน ที่ลด ลงE _gทำให้แสงที่มีพลังงานต่ำกว่าช่องว่างพลังงาน ( hc / λ < eE _g ) สามารถส่งผ่านไปยังเซลล์ย่อยที่ต่ำกว่าได้ ดังนั้นจึงต้องเลือกช่องว่างพลังงานที่เหมาะสมเพื่อให้สเปกตรัมของการออกแบบสมดุลกับการสร้างกระแสไฟฟ้าในแต่ละเซลล์ย่อย ทำให้เกิดการจับคู่กระแสไฟฟ้า รูปที่ C(b) แสดงความเข้มของสเปกตรัมE ( λ ) ซึ่งเป็นความหนาแน่นของกำลังของแหล่งกำเนิดที่ความยาวคลื่นλ ที่กำหนด โดยแสดงร่วมกับประสิทธิภาพการแปลงสูงสุดสำหรับแต่ละจุดเชื่อมต่อเป็นฟังก์ชันของความยาวคลื่น ซึ่งมีความสัมพันธ์โดยตรงกับจำนวนโฟตอนที่มีอยู่สำหรับการแปลงเป็นกระแสไฟฟ้า

สุดท้าย ชั้นต่างๆ จะต้องมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่เหมาะสมที่สุดเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูง ซึ่งจำเป็นต้องใช้วัสดุที่มีค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับสูงα ( λ ) อายุการใช้งานของตัวพาประจุส่วนน้อยสูงτ _minorityและความคล่องตัวสูงμ ^{[ 18 ]}

ค่าที่เหมาะสมในตารางด้านล่างนี้แสดงให้เห็นถึงความเหมาะสมของการเลือกใช้วัสดุที่ใช้กันทั่วไปสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์แบบหลายชั้น ได้แก่InGaPสำหรับชั้นย่อยด้านบน ( E _g = 1.8–1.9  eV), InGaAsสำหรับชั้นย่อยตรงกลาง ( E _g = 1.4  eV) และเจอร์มาเนียมสำหรับชั้นย่อยด้านล่าง ( E _g = 0.67  eV) การใช้เจอร์มาเนียมนั้นเป็นเพราะค่าคงที่ของโครงสร้างผลึก ความแข็งแรง ความทนทาน ต้นทุนต่ำ ความอุดมสมบูรณ์ และความง่ายในการผลิต

เนื่องจากชั้นต่างๆ มีการจับคู่แลตติสอย่างใกล้ชิด การผลิตอุปกรณ์จึงมักใช้การตกตะกอนไอสารเคมีโลหะอินทรีย์ (MOCVD) เทคนิคนี้เป็นที่นิยมมากกว่าการปลูกผลึกด้วยลำแสงโมเลกุล (MBE) เพราะช่วยให้มั่นใจได้ถึงคุณภาพ ผลึกสูงและการผลิตในปริมาณมาก^{[ 14 ]}

หน้าสัมผัสโลหะเป็น อิเล็กโทรดที่มีความต้านทานต่ำซึ่งสัมผัสกับชั้นสารกึ่งตัวนำ โดยส่วนใหญ่จะเป็นอะลูมิเนียมหน้าที่ของมันคือการเชื่อมต่อทางไฟฟ้ากับโหลดหรือส่วนอื่นๆ ของแผงเซลล์แสงอาทิตย์ โดยปกติจะอยู่สองด้านของเซลล์ และมีความสำคัญที่จะต้องอยู่ด้านหลังเพื่อลดเงาที่ตกกระทบลงบนพื้นผิวรับแสง

โดยทั่วไปแล้ว การเคลือบสาร ป้องกันการสะท้อนแสง (AR) จะประกอบด้วยหลายชั้นในกรณีของเซลล์แสงอาทิตย์แบบ MJ ชั้น AR ด้านบนมักจะมี พื้นผิว NaOH ที่มีรูปทรง พีระมิดหลายอันเพื่อเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านTการดักจับแสงในวัสดุ (เนื่องจากโฟตอนไม่สามารถออกจากโครงสร้าง MJ ได้ง่ายเนื่องจากพีระมิด) และด้วยเหตุนี้ ความยาวเส้นทางของโฟตอนในวัสดุ^{[ 12 ]}ในอีกด้านหนึ่ง ความหนาของแต่ละชั้น AR จะถูกเลือกเพื่อให้เกิดการรบกวนแบบหักล้าง ดังนั้น ค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนRจึงลดลงเหลือ 1% ในกรณีที่มีชั้น AR สองชั้น L ₁ (ชั้นบนสุด มักจะเป็น SiO )₂) และ L ₂ (โดยปกติคือTiO₂) จะต้องมีแอมพลิจูดเท่ากันสำหรับสนามสะท้อนและn _L1 d _L1 = 4 λ _min , n _L2 d _L2 = λ _min /4 เพื่อให้มีเฟสตรงข้ามสำหรับสนามสะท้อน^{[ 19 ]}ในทางกลับกัน ความหนาของชั้น AR แต่ละชั้นจะถูกเลือกเพื่อลดการสะท้อนที่ความยาวคลื่นซึ่งกระแสไฟฟ้าต่ำที่สุด ดังนั้นจึงทำให้J _SC สูงสุด โดยการจับคู่กระแสของเซลล์ย่อยทั้งสาม^{[ 20 ]}ตัวอย่างเช่น เนื่องจากกระแสที่สร้างโดยเซลล์ด้านล่างมากกว่ากระแสที่สร้างโดยเซลล์อื่นๆ ความหนาของชั้น AR จึงถูกปรับเพื่อให้การส่งผ่านอินฟราเรด (IR) (ซึ่งสอดคล้องกับเซลล์ด้านล่าง) ลดลงในขณะที่การ ส่งผ่าน อัลตราไวโอเลต (ซึ่งสอดคล้องกับเซลล์ด้านบน) เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเคลือบ AR มีความสำคัญมากที่ความยาวคลื่นต่ำ เพราะหากไม่มีการเคลือบนี้Tจะลดลงอย่างมากเหลือ 70% ${\displaystyle n_{\text{L2}}=n_{\text{AlInP}}^{\frac {1}{2}}n_{\text{L1}}}$

เป้าหมายหลักของการเชื่อมต่อแบบอุโมงค์ คือการให้ ความต้านทานไฟฟ้าต่ำและการสูญเสียทางแสงต่ำระหว่างเซลล์ย่อยสองเซลล์^{[ 21 ]}หากไม่มีการเชื่อมต่อนี้ บริเวณ p-doped ของเซลล์ด้านบนจะเชื่อมต่อโดยตรงกับบริเวณ n-doped ของเซลล์ตรงกลาง ดังนั้น รอยต่อ pn ที่มีทิศทางตรงกันข้ามกับรอยต่ออื่นๆ จะปรากฏขึ้นระหว่างเซลล์ด้านบนและเซลล์ตรงกลาง ผลที่ตามมาคือแรงดันไฟฟ้าจากแสงจะต่ำกว่าหากไม่มีไดโอด ปรสิต เพื่อลดผลกระทบนี้ จึงมีการใช้รอยต่อแบบอุโมงค์^{[ 22 ]}มันเป็นเพียงไดโอดที่มีช่องว่างแถบกว้างและมีการเจือสารสูง การเจือสารสูงจะลดความยาวของบริเวณการพร่องเนื่องจาก

${\displaystyle l_{\text{depl}}={\sqrt {{\frac {2\epsilon (\phi _{0}-V)}{q}}{\frac {N_{\text{A}}+N_{\text{D}}}{N_{\text{A}}N_{\text{D}}}}}}}$

ดังนั้น อิเล็กตรอนจึงสามารถทะลุผ่านบริเวณการพร่องได้อย่างง่ายดาย คุณลักษณะ JV ของรอยต่ออุโมงค์มีความสำคัญมาก เพราะอธิบายว่าทำไมรอยต่ออุโมงค์จึงสามารถใช้เชื่อมต่อความต้านทานไฟฟ้าต่ำระหว่างรอยต่อ pn สองรอยได้ รูป D แสดงสามบริเวณที่แตกต่างกัน ได้แก่ บริเวณการทะลุผ่าน บริเวณความต้านทานเชิงอนุพันธ์ลบ และบริเวณการแพร่กระจายความร้อน บริเวณที่อิเล็กตรอนสามารถทะลุผ่านสิ่งกีดขวางได้เรียกว่าบริเวณการทะลุผ่าน ในบริเวณนั้น แรงดันไฟฟ้าต้องต่ำพอที่พลังงานของอิเล็กตรอนบางตัวที่กำลังทะลุผ่านจะเท่ากับสถานะพลังงานที่มีอยู่ทางอีกด้านหนึ่งของสิ่งกีดขวาง ดังนั้น ความหนาแน่นของกระแสผ่านรอยต่ออุโมงค์จึงสูง (โดยมีค่าสูงสุดของความหนาแน่นของกระแสสูงสุด) และความชันใกล้จุดกำเนิดจึงสูงชัน จากนั้น ความต้านทานจะต่ำมาก และด้วยเหตุนี้แรงดันไฟฟ้า ก็ต่ำมาก เช่นกัน^{[ 23 ]}นี่คือเหตุผลว่าทำไมรอยต่ออุโมงค์จึงเหมาะสำหรับการเชื่อมต่อรอยต่อ pn สองรอยโดยไม่ต้องมีแรงดันตก เมื่อแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น อิเล็กตรอนจะไม่สามารถข้ามสิ่งกีดขวางได้เนื่องจากไม่มีสถานะพลังงานสำหรับอิเล็กตรอนอีกต่อไป ดังนั้น ความหนาแน่นของกระแสจึงลดลงและความต้านทานเชิงอนุพันธ์จะเป็นลบ บริเวณสุดท้ายที่เรียกว่าบริเวณการแพร่ความร้อน สอดคล้องกับลักษณะ JV ของไดโอดทั่วไป: ${\displaystyle J_{P}}$

${\displaystyle J=J_{S}\left(\exp \left({\frac {qV}{kT}}\right)-1\right)}$

เพื่อหลีกเลี่ยงการลดลงของประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์แบบ MJ รอยต่ออุโมงค์จะต้องโปร่งใสต่อความยาวคลื่นที่เซลล์แสงอาทิตย์ตัวถัดไป ซึ่งก็คือเซลล์ตรงกลาง ดูดซับไว้ กล่าวคือ E _gTunnel > E _gMiddleCell

ชั้นหน้าต่างถูกใช้เพื่อลดความเร็วการรวมตัวใหม่ของพื้นผิวSในทำนองเดียวกัน ชั้นสนามด้านหลังพื้นผิว (BSF) ช่วยลดการกระเจิงของตัวพาไปยังจุดเชื่อมต่ออุโมงค์ โครงสร้างของทั้งสองชั้นนี้เหมือนกัน คือเป็นเฮเทอโรจังก์ชันที่ดักจับอิเล็กตรอน (โฮล) อันที่จริง แม้จะมีสนามไฟฟ้าE _dอิเล็กตรอน (โฮล) ก็ไม่สามารถกระโดดข้ามกำแพงที่เกิดจากเฮเทอโรจังก์ชันได้ เพราะไม่มีพลังงานเพียงพอ ดังแสดงในรูป E ดังนั้น อิเล็กตรอน (โฮล) จึงไม่สามารถรวมตัวกับโฮล (อิเล็กตรอน) และไม่สามารถแพร่ผ่านกำแพงได้ นอกจากนี้ ชั้นหน้าต่างและ BSF ต้องโปร่งใสต่อความยาวคลื่นที่ถูกดูดซับโดยจุดเชื่อมต่อ pn ถัดไป กล่าวคือE _gWindow > E _gEmitterและE _gBSF > E _gEmitterยิ่งไปกว่านั้น ค่าคงที่ของแลตติซต้องใกล้เคียงกับของ InGaP และชั้นต้องมีการเจือปนสูง ( n ≥ 10 ¹⁸  cm ⁻³ ) ^{[ 24 ]}

ในสแต็กของเซลล์สองเซลล์ซึ่งไม่มีการเชื่อมต่อแบบแผ่รังสี และแต่ละเซลล์มี ลักษณะ JVที่กำหนดโดยสมการไดโอด ลักษณะ JVของสแต็กจะกำหนดโดย^{[ 25 ]}

${\displaystyle J={\frac {1}{2}}\left(J_{\text{SC,1}}+J_{\text{SC,2}}\right)-{\sqrt {{\frac {1}{4}}{\Delta J_{\text{SC}}}^{2}+J_{0}^{2}\mathrm {e} ^{\frac {qV}{kT}}}},}$

โดยที่ และคือกระแสลัดวงจรของเซลล์แต่ละเซลล์ในสแต็กคือผลต่างระหว่างกระแสลัดวงจรเหล่านี้ และคือผลคูณของกระแสการรวมตัวใหม่เนื่องจากความร้อนของเซลล์ทั้งสอง โปรดทราบว่าค่าที่ใส่สำหรับทั้งกระแสลัดวงจรและกระแสการรวมตัวใหม่เนื่องจากความร้อนคือค่าที่วัดหรือคำนวณสำหรับเซลล์เมื่อวางในสแต็กแบบหลายจุดเชื่อมต่อ (ไม่ใช่ค่าที่วัดสำหรับเซลล์จุดเชื่อมต่อเดี่ยวของเซลล์ประเภทนั้นๆ) ลักษณะ JVสำหรับเซลล์ในอุดมคติสองเซลล์ (ทำงานที่ขีดจำกัดการแผ่รังสี) ที่อนุญาตให้แลกเปลี่ยนความสว่าง และดังนั้นจึงมีการเชื่อมต่อแบบแผ่รังสี จะได้รับจาก^{[ 25 ]}${\displaystyle J_{\text{SC,1}}}$${\displaystyle J_{\text{SC,2}}}$${\displaystyle \Delta J_{\text{SC}}}$${\displaystyle J_{0}^{2}=J_{\mathrm {0,1} }J_{\mathrm {0,2} }}$

${\displaystyle J={\frac {1}{2}}\left(J_{\text{SC,1}}+J_{\text{SC,2}}\right)+{\frac {1}{2}}T^{-}\Delta J_{\text{SC}}-\left(1-T^{+}\right){\sqrt {{\frac {1}{4}}{\Delta J_{\text{SC}}}^{2}+{\tilde {J}}_{0}^{2}\mathrm {e} ^{\frac {qV}{kT}}}}.}$

ในที่นี้ พารามิเตอร์และคือสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนที่อธิบายการแลกเปลี่ยนโฟตอนระหว่างเซลล์ สัมประสิทธิ์การถ่ายโอนขึ้นอยู่กับดัชนีหักเหของเซลล์และ ก็ขึ้นอยู่กับดัชนีหักเหของเซลล์เช่นกัน ถ้าเซลล์มีดัชนีหักเหเท่ากัน แล้ว${\displaystyle T^{-}}$${\displaystyle T^{+}}$${\displaystyle {\tilde {J}}_{0}^{2}}$${\displaystyle n_{\text{r}}}$${\displaystyle {\tilde {J}}_{0}^{2}=\left(1+2n_{\text{r}}^{2}\right)\left(J_{0,2}+2n_{\text{r}}^{2}J_{0,1}\right)J_{0,1}}$

เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด เซลล์ย่อยแต่ละเซลล์ควรทำงานที่พารามิเตอร์ JV ที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งไม่จำเป็นต้องเท่ากันสำหรับแต่ละเซลล์ย่อย หากแตกต่างกัน กระแสรวมที่ไหลผ่านเซลล์แสงอาทิตย์จะเป็นค่าต่ำสุดในสามค่า โดยประมาณ^{[ 26 ]}จะได้ความสัมพันธ์เดียวกันสำหรับกระแสลัดวงจรของเซลล์แสงอาทิตย์ MJ: J _SC = min( J _SC1 , J _SC2 , J _SC3 ) โดยที่J _{SC i} ( λ ) คือความหนาแน่นของกระแสลัดวงจรที่ความยาวคลื่นλ ที่กำหนด สำหรับ เซลล์ย่อยi

เนื่องจากเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับJ _SC1 , J _SC2 , J _SC3โดยตรงจากลักษณะ JV ทั้งหมด จึงใช้ ประสิทธิภาพควอนตัม QE ( λ ) แทน โดยจะวัดอัตราส่วนระหว่างปริมาณของคู่อิเล็กตรอน-โฮลที่สร้างขึ้นกับโฟตอนที่ตกกระทบที่ความยาวคลื่น λ ที่กำหนด ให้φ _i ( λ ) เป็นฟลักซ์โฟตอนของแสงตกกระทบที่สอดคล้องกันในซับเซลล์iและQE _i ( λ ) เป็นประสิทธิภาพควอนตัมของซับเซลล์iตามคำจำกัดความนี้เท่ากับ: ^{[ 27 ]}

${\displaystyle QE_{i}(\lambda )={\frac {J_{{\text{SC}}i}(\lambda )}{q\phi _{i}(\lambda )}}\Rightarrow J_{{\text{SC}}i}=\int _{0}^{\lambda 2}q\phi _{i}(\lambda )QE_{i}(\lambda )\,d\lambda }$

ค่าของได้มาจากการเชื่อมโยงกับสัมประสิทธิ์การดูดกลืนกล่าวคือ จำนวนโฟตอนที่ถูกดูดกลืนต่อหน่วยความยาวของวัสดุ หากถือว่าโฟตอนแต่ละตัวที่ถูกดูดกลืนโดยเซลล์ย่อยจะสร้างคู่อิเล็กตรอน/โฮล (ซึ่งเป็นการประมาณที่ดี) จะนำไปสู่: ^{[ 24 ]}${\displaystyle QE_{i}(\lambda )}$${\displaystyle \alpha (\lambda )}$

${\displaystyle QE_{i}(\lambda )=1-e^{-\alpha (\lambda )d_{i}}}$โดยที่d _iคือความหนาของเซลล์ย่อยiและคือเปอร์เซ็นต์ของแสงตกกระทบที่ไม่ถูกดูดซับโดยเซลล์ย่อยi${\displaystyle e^{-\alpha (\lambda )d_{i}}}$

ในทำนองเดียวกัน เนื่องจาก

${\displaystyle V=\sum _{i=1}^{3}V_{i}}$สามารถใช้การประมาณค่าต่อไปนี้ได้: .${\displaystyle V_{\text{OC}}=\sum _{i=1}^{3}V_{{\text{OC}}i}}$

ค่าของจะถูกกำหนดโดยสมการไดโอด JV ดังนี้: ${\displaystyle V_{{\text{OC}}i}}$

${\displaystyle J_{i}=J_{0i}\left(e^{\frac {qV_{i}}{kT}}-1\right)-J_{{\text{SC}}i}\Rightarrow V_{{\text{OC}}i}\approx {\frac {kT}{q}}\ln \left({\frac {J_{{\text{SC}}i}}{J_{0i}}}\right)}$

เราสามารถประมาณประสิทธิภาพสูงสุดของเซลล์แสงอาทิตย์แบบหลายชั้นอนันต์ในอุดมคติได้โดยใช้การวิเคราะห์ประสิทธิภาพเชิงควอนตัม (QE) แบบกราฟิกที่คิดค้นโดย CH Henry ^{[ 28 ]} เพื่อใช้ประโยชน์จากวิธีการของ Henry อย่างเต็มที่ หน่วยของความเข้มรังสีสเปกตรัม AM1.5 ควรถูกแปลงเป็นหน่วยของฟลักซ์โฟตอน (เช่น จำนวนโฟตอน/m² ^· s) ในการทำเช่นนั้น จำเป็นต้องทำการแปลงหน่วยขั้นกลางจากกำลังของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตกกระทบต่อหน่วยพื้นที่ต่อพลังงานโฟตอนไปเป็นฟลักซ์โฟตอนต่อพลังงานโฟตอน (เช่น จาก [W/m² ^· eV] เป็น [จำนวนโฟตอน/m² ^· s·eV]) สำหรับการแปลงหน่วยขั้นกลางนี้ ต้องพิจารณาประเด็นต่อไปนี้: โฟตอนมีพลังงานที่แตกต่างกันซึ่งกำหนดไว้ดังนี้

(1) E _ph = hf = h ( c / λ )

โดยที่E _phคือพลังงานของโฟตอน และhคือค่าคงที่ของพลังค์ ( h  ≈ 6.626 × 10 ⁻³⁴  J⋅Hz ⁻¹ ), c ​​คือความเร็วแสง ( c  = ) 299 792 458  m⋅s ⁻¹ ), fคือความถี่ และλคือความยาวคลื่น

จากนั้นสามารถคำนวณฟลักซ์โฟตอนต่อพลังงานโฟตอน d n _ph /d h ν โดยสัมพันธ์กับความเข้มแสงE [W/m ² ·eV] ได้ดังนี้

(2) = E [W/m ² ⋅eV] × λ [nm]/(1.998 × 10 ⁻²⁵ [J⋅s⋅m/s]) = Eλ × 5.03 × 10 ¹⁵ [(จำนวนโฟตอน)/m ² ⋅s⋅eV]${\displaystyle {\frac {dn_{\text{ph}}}{dhv}}={\frac {E}{E_{\text{ph}}}}={\frac {E}{\frac {hc}{\lambda }}}\,}$

จากการแปลงหน่วยขั้นกลางนี้ ค่าความเข้มรังสีสเปกตรัม AM1.5 จึงแสดงในหน่วยของฟลักซ์โฟตอนต่อพลังงานโฟตอน [จำนวนโฟตอน/m² ^· s·eV] ดังแสดงในรูปที่ 1

• 
  รูปที่ 1. ฟลักซ์โฟตอนต่อพลังงานโฟตอนจากสเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์มาตรฐาน (AM เท่ากับ 1.5)

จากผลลัพธ์ข้างต้นจากการแปลงหน่วยระดับกลาง เราสามารถหาฟลักซ์โฟตอนได้โดยการอินทิเกรตฟลักซ์โฟตอนต่อพลังงานโฟตอนโดยวิธีเชิงตัวเลข ฟลักซ์โฟตอนที่อินทิเกรตเชิงตัวเลขคำนวณได้โดยใช้กฎสี่เหลี่ยมคางหมู ดังนี้

(3)${\displaystyle n_{\text{ph}}(E_{g})=\int _{E_{\text{g}}}^{\infty }{\frac {dn_{\text{ph}}}{dhv}}\,dhv=\sum _{i=E_{\text{g}}}^{\infty }(hv_{i+1}-hv_{i}){\frac {1}{2}}\left[{\frac {dn_{\text{ph}}}{dhv}}(hv_{i+1})+{\frac {dn_{\text{ph}}}{dhv}}(hv_{i})\right]\,}$

จากการคำนวณเชิงตัวเลขนี้ ค่าความเข้มรังสีสเปกตรัม AM1.5 จึงแสดงในหน่วยของฟลักซ์โฟตอน [จำนวนโฟตอน/ตร.ม. ^/วินาที] ดังแสดงในรูปที่ 2

• 
  รูปที่ 2. ฟลักซ์โฟตอนจากสเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์มาตรฐาน (AM เท่ากับ 1.5)

ไม่มีข้อมูลฟลักซ์โฟตอนในช่วงพลังงานโฟตอนต่ำ 0–0.3096  eV เนื่องจากสเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์มาตรฐาน (AM1.5) สำหรับhν < 0.31  eV ไม่พร้อมใช้งาน อย่างไรก็ตาม แม้จะไม่มีข้อมูลนี้ การวิเคราะห์ประสิทธิภาพควอนตัม (QE) แบบกราฟิกก็สามารถทำได้โดยใช้ข้อมูลที่มีอยู่เพียงอย่างเดียว โดยตั้งสมมติฐานที่สมเหตุสมผลว่าสารกึ่งตัวนำทึบแสงสำหรับพลังงานโฟตอนที่มากกว่าพลังงานช่องว่างแถบพลังงาน แต่โปร่งใสสำหรับพลังงานโฟตอนที่ต่ำกว่าพลังงานช่องว่างแถบพลังงาน สมมติฐานนี้อธิบายถึงการสูญเสียภายในประการแรกในประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งเกิดจากความไม่สามารถของเซลล์แสงอาทิตย์แบบรอยต่อเดี่ยวในการจับคู่กับสเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์ที่กว้างได้อย่างเหมาะสม อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์ประสิทธิภาพควอนตัม (QE) แบบกราฟิกในปัจจุบันยังไม่สามารถสะท้อนถึงการสูญเสียภายในประการที่สองในประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ นั่นคือ การรวมตัวกันใหม่แบบแผ่รังสี เพื่อพิจารณาการรวมตัวกันใหม่แบบแผ่รังสี เราจำเป็นต้องประเมินความหนาแน่นกระแสแผ่รังสีJ _radก่อน ตามวิธีการของ Shockley และ Queisser ^{[ 29 ]}

สามารถประมาณค่า J _radได้ดังนี้

(4)${\displaystyle J_{\text{rad}}=A\exp \left({\frac {eV-E_{\text{g}}}{kT}}\right)\,}$

(5)${\displaystyle A={\frac {2\pi \,\exp \left(n^{2}+1\right)E_{\text{g}}^{2}kT}{h^{3}c^{2}}}\,}$

โดยที่E _gมีหน่วยเป็นอิเล็กตรอนโวลต์ และnมีค่าเท่ากับ 3.6 ซึ่งเป็นค่าสำหรับ GaAs รังสีความร้อนที่ตกกระทบและถูกดูดซับJ _thมีค่าเท่ากับJ _radโดยที่V = 0

(6)${\displaystyle J_{th}=A\exp \left({\frac {-E_{\text{g}}}{kT}}\right)\,}$

ความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าที่ส่งไปยังโหลดคือผลต่างของความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าเนื่องจากรังสีแสงอาทิตย์และรังสีความร้อนที่ถูกดูดซับ และความหนาแน่นกระแสไฟฟ้าของรังสีที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวด้านบนหรือถูกดูดซับในวัสดุรองรับ โดยกำหนดให้J _ph = en _phเราจะได้

(7) J = J _ph + J _th − J _rad

พจน์ที่สองJ _{th นั้น}มีค่าน้อยมากเมื่อเทียบกับJ _phสำหรับสารกึ่งตัวนำทั้งหมดที่มีE _g ≥ 0.3  eV ดังที่สามารถแสดงได้จากการประเมิน สมการ J _th ข้างต้น ดังนั้น เราจะละเลยพจน์นี้เพื่อทำให้การอธิบายต่อไปนี้ง่ายขึ้น จากนั้นเราสามารถแสดง J ได้ดังนี้

(8)${\displaystyle J=en_{\text{ph}}-A\exp \left({\frac {eV-E_{\text{g}}}{kT}}\right)}$

สามารถหาค่าแรงดันวงจรเปิดได้โดยกำหนดให้J = 0

(9)${\displaystyle eV_{\text{OC}}=E_{\text{g}}-kT\ln \left({\frac {A}{en_{\text{ph}}}}\right)}$

จุดกำลังสูงสุด ( J _/m , V/ _m ) หาได้จากการกำหนดค่าอนุพันธ์ผลลัพธ์ที่คุ้นเคยจากการคำนวณนี้คือ ${\displaystyle {\frac {dJV}{dV}}\,=0}$

(10)${\displaystyle eV_{\text{m}}=eV_{\text{OC}}-kT\ln \left(1+{\frac {eV_{\text{m}}}{kT}}\right)}$

(11)${\displaystyle J_{\text{m}}={\frac {en_{\text{ph}}}{1+kT/eV_{\text{m}}}}}$

สุดท้ายนี้ งานสูงสุด ( W _m ) ที่ทำต่อโฟตอนที่ถูกดูดซับจะกำหนดโดย

(12)${\displaystyle W_{\text{m}}={\frac {J_{\text{m}}V_{\text{m}}}{n_{\text{ph}}}}={\frac {eV_{\text{m}}}{1+kT/eV_{\text{m}}}}=eV_{\text{m}}-kT}$

เมื่อรวมสมการทั้งสามเข้าด้วยกัน เราจะได้

(13)${\displaystyle W_{\text{m}}=E_{\text{g}}-kT\left[\ln \left({\frac {A}{en_{\text{ph}}}}\right)+\ln \left(1+{\frac {eV_{\text{m}}}{kT}}\right)+1\right]\,}$

โดยใช้สมการข้างต้นW _m (เส้นสีแดง) จะถูกพล็อตในรูปที่ 3 สำหรับค่าE _g (หรือn _ph ) ที่แตกต่างกัน

• 
  รูปที่ 3. งานสูงสุดของเซลล์แสงอาทิตย์แบบหลายชั้นอนันต์ในอุดมคติภายใต้ความเข้มแสงสเปกตรัมมาตรฐาน AM1.5

ตอนนี้ เราสามารถใช้การวิเคราะห์ QE แบบกราฟิกของ Henry ได้อย่างเต็มที่ โดยคำนึงถึงการสูญเสียที่สำคัญสองประการในประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ การสูญเสียที่สำคัญสองประการ ได้แก่ การรวมตัวกันใหม่จากการแผ่รังสี และความไม่สามารถของเซลล์แสงอาทิตย์แบบรอยต่อเดี่ยวในการจับคู่สเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์ที่กว้างได้อย่างเหมาะสม พื้นที่แรเงาใต้เส้นสีแดงแสดงถึงงานสูงสุดที่ทำโดยเซลล์แสงอาทิตย์แบบหลายรอยต่ออนันต์ในอุดมคติ ดังนั้น ประสิทธิภาพสูงสุดของเซลล์แสงอาทิตย์แบบหลายรอยต่ออนันต์ในอุดมคติจึงได้รับการประเมินว่าอยู่ที่ 68.8% โดยการเปรียบเทียบพื้นที่แรเงาที่กำหนดโดยเส้นสีแดงกับพื้นที่โฟตอนฟลักซ์ทั้งหมดที่กำหนดโดยเส้นสีดำ (นี่คือเหตุผลที่วิธีการนี้เรียกว่าการวิเคราะห์ QE แบบ "กราฟิก") แม้ว่าค่าประสิทธิภาพสูงสุดนี้จะสอดคล้องกับค่าที่ Parrott และ Vos ตีพิมพ์ในปี 1979: 64% และ 68.2% ตามลำดับ^{[ 30 ] [ 31 ]}แต่ก็ยังมีช่องว่างเล็กน้อยระหว่างค่าที่ประเมินในรายงานนี้กับค่าในเอกสาร ความแตกต่างเล็กน้อยนี้อาจเกิดจากวิธีการประมาณค่าฟลักซ์โฟตอนในช่วง 0–0.3096  eV ที่แตกต่างกัน ในที่นี้ เราประมาณค่าฟลักซ์โฟตอนในช่วง 0–0.3096  eV ให้เท่ากับฟลักซ์โฟตอนที่ 0.31  eV

เซลล์แสงอาทิตย์แบบหลายชั้นส่วนใหญ่ที่ผลิตมาจนถึงปัจจุบันใช้สามชั้น (แม้ว่าโมดูลแบบแทนเดม a-Si:H/mc-Si จำนวนมากจะถูกผลิตและวางจำหน่ายอย่างแพร่หลายก็ตาม) อย่างไรก็ตาม เซลล์แสงอาทิตย์แบบสามชั้นจำเป็นต้องใช้สารกึ่งตัวนำที่สามารถปรับให้เข้ากับความถี่เฉพาะได้ ซึ่งทำให้ส่วนใหญ่ทำจาก สารประกอบ แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) โดยมักใช้เจอร์มาเนียมสำหรับชั้นล่าง GaAs สำหรับชั้นกลาง และ GaInP2 _{สำหรับ}ชั้นบน

สามารถสร้างเซลล์แบบรอยต่อคู่บนแผ่นเวเฟอร์แกลเลียมอาร์เซไนด์ได้ โลหะผสมของอินเดียมแกลเลียมฟอสไฟด์ในช่วง In _0.5 Ga _0.5 P ถึง In _0.53 Ga _0.47 P ทำหน้าที่เป็นโลหะผสมที่มีช่องว่างพลังงานสูง ช่วงโลหะผสมนี้ทำให้สามารถสร้างช่องว่างพลังงานได้ในช่วง 1.92–1.87  eV รอยต่อ GaAs ด้านล่าง มีช่องว่างพลังงาน 1.42  eV

เซลล์แบบสามรอยต่อที่ประกอบด้วยอินเดียมแกลเลียมฟอสไฟด์ (InGaP), แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs) หรืออินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ (InGaAs) และเจอร์มาเนียม (Ge) สามารถผลิตได้บนแผ่นเวเฟอร์เจอร์มาเนียม เซลล์รุ่นแรกๆ ใช้แกลเลียมอาร์เซไนด์แบบตรงในรอยต่อตรงกลาง ต่อมาเซลล์รุ่นหลังๆ ได้ใช้ In _0.015 Ga _0.985 As เนื่องจากมีโครงสร้างผลึกที่เข้ากันได้กับ Ge ได้ดีกว่า ส่งผลให้มีความหนาแน่นของข้อบกพร่องต่ำกว่า

เนื่องจากความแตกต่างของช่องว่างพลังงานระหว่าง GaAs (1.42  eV) และ Ge (0.66  eV) มีมาก การจับคู่กระแสไฟฟ้าจึงไม่ดีนัก โดยที่รอยต่อ Ge ทำงานโดยมีกระแสไฟฟ้าจำกัดอย่างมาก

ประสิทธิภาพปัจจุบันของเซลล์ InGaP/GaAs/Ge เชิงพาณิชย์เข้าใกล้ 40% ภายใต้แสงแดดเข้มข้น^{[ 32 ] [ 33 ]}เซลล์ในห้องปฏิบัติการ (บางส่วนใช้จุดเชื่อมต่อเพิ่มเติมระหว่างจุดเชื่อมต่อ GaAs และ Ge) ได้แสดงให้เห็นประสิทธิภาพที่สูงกว่า 40% ^{[ 34 ]}

อินเดียมฟอสไฟด์สามารถใช้เป็นสารตั้งต้นในการสร้างเซลล์ที่มีช่องว่างพลังงานระหว่าง 1.35  eV และ 0.74  eV อินเดียมฟอสไฟด์มีช่องว่างพลังงาน 1.35  eV อินเดียมแกลเลียมอาร์ เซไนด์ (In _0.53 Ga _0.47 As) มีโครงสร้างผลึกที่เข้ากันได้กับอินเดียมฟอสไฟด์โดยมีช่องว่างพลังงาน 0.74  eV โลหะผสมควอเทอร์นารีของอินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ฟอสไฟด์สามารถเข้ากันได้กับโครงสร้างผลึกสำหรับช่องว่างพลังงานใดๆ ระหว่างสองค่านี้

เซลล์ที่ใช้สารประกอบอินเดียมฟอสไฟด์มีศักยภาพในการทำงานร่วมกับเซลล์ที่ใช้สารประกอบแกลเลียมอาร์เซไนด์ เซลล์ทั้งสองสามารถเชื่อมต่อกันทางแสงได้ทั้งแบบอนุกรม (โดยเซลล์ InP อยู่ด้านล่างเซลล์ GaAs) หรือแบบขนานโดยใช้การแยกสเปกตรัมโดยใช้ตัวกรองไดโครอิก

อินเดียมแกลเลียมไนไตรด์ (InGaN) เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ทำจากส่วนผสมของแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) และอินเดียมไนไตรด์ (InN) เป็น เซมิคอนดักเตอร์ แบบแถบพลังงาน ตรงกลุ่ม III–V สามองค์ประกอบ สามารถปรับแถบพลังงานได้โดยการเปลี่ยนปริมาณอินเดียมในโลหะผสมจาก 0.7 eV เป็น 3.4 eV ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสมสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์^{[ 35 ]}อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานยังไม่สูงพอที่จะแข่งขันได้ในตลาดเนื่องจากปัจจัยทางเทคโนโลยีที่ไม่เกี่ยวข้องกับแถบพลังงาน^{[ 36 ] [ 37 ]}

เซลล์แสงอาทิตย์ MJ จำนวนมากใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ III–Vไดโอดอุโมงค์เฮเทอโรจังก์ชันที่ใช้GaAsSb แทนไดโอดอุโมงค์ InGaP ที่มีการเจือสารสูงแบบดั้งเดิมที่กล่าวถึงข้างต้น มีระยะการอุโมงค์ที่ต่ำกว่า อันที่จริง ในโครงสร้างเฮเทอโรที่เกิดจาก GaAsSb และ InGaAsแถบวาเลนซ์ของ GaAsSb สูงกว่าแถบวาเลนซ์ของชั้น p-doped ที่อยู่ติดกัน^{[ 22 ]}ดังนั้น ระยะการอุโมงค์d _tunnelจึงลดลง และกระแสอุโมงค์ซึ่งขึ้นอยู่กับd _tunnelแบบเอกซ์โพเนนเชียลจึงเพิ่มขึ้น ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าจึงต่ำกว่าของอุโมงค์จังก์ชัน InGaP ไดโอดอุโมงค์เฮเทอโรจังก์ชัน GaAsSb ยังมีข้อดีอื่นๆ อีกด้วย สามารถสร้างกระแสได้เท่ากันโดยใช้การเจือสารที่ต่ำกว่า^{[ 38 ]}ประการที่สอง เนื่องจากค่าคงที่ของแลตติสมีขนาดใหญ่กว่าสำหรับ GaAsSb มากกว่า Ge จึงสามารถใช้วัสดุได้หลากหลายมากขึ้นสำหรับเซลล์ด้านล่าง เนื่องจากมีวัสดุที่เข้ากันได้กับแลตติสของ GaAsSb มากกว่า Ge ^{[ 22 ]}

สามารถเพิ่มส่วนประกอบทางเคมีลงในบางชั้นได้ การเพิ่มอินเดียม ประมาณหนึ่งเปอร์เซ็นต์ ในแต่ละชั้นจะช่วยให้ค่าคงที่ของแลตติสของชั้นต่างๆ เข้ากันได้ดีขึ้น^{[ 39 ]}หากไม่มีอินเดียม จะมีความไม่ตรงกันระหว่างชั้นประมาณ 0.08 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งจะยับยั้งประสิทธิภาพ การเพิ่มอะลูมิเนียมลงในเซลล์ด้านบนจะเพิ่มช่องว่างแถบพลังงานเป็น 1.96  eV ^{[ 39 ]}ครอบคลุมสเปกตรัมแสงอาทิตย์ได้มากขึ้นและได้แรงดันไฟฟ้าวงเปิดV _OCที่ สูงขึ้น

ประสิทธิภาพเชิงทฤษฎีของเซลล์แสงอาทิตย์ MJ คือ 86.8% สำหรับจำนวน pn junction ที่ไม่มีที่สิ้นสุด^{[ 14 ]}ซึ่งหมายความว่าจำนวน junction ที่มากขึ้นจะเพิ่มประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพเชิงทฤษฎีสูงสุดคือ 37, 50, 56, 72% สำหรับ pn junction เพิ่มเติม 1, 2, 3, 36 ตัว ตามลำดับ โดยจำนวน junction จะเพิ่มขึ้นแบบเลขชี้กำลังเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นเท่ากัน^{[ 24 ] ความสัมพันธ์แบบเลขชี้กำลังนี้ หมายความ}ว่าเมื่อเซลล์เข้าใกล้ขีดจำกัดของประสิทธิภาพ ต้นทุนและความซับซ้อนจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การลดความหนาของเซลล์ด้านบนจะเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านT [ ^{24 ]}

สามารถเพิ่มเฮเทอโรเลเยอร์ InGaP ระหว่างชั้น p-Ge และชั้น InGaAs เพื่อสร้างชั้น n-Ge โดยอัตโนมัติด้วยการกระเจิงระหว่างการเติบโตแบบ MOCVD และเพิ่มประสิทธิภาพควอนตัมQE (λ) ของเซลล์ด้านล่าง อย่างมีนัยสำคัญ ^{[ 39 ]} InGaP มีข้อดีคือมีสัมประสิทธิ์การกระเจิงสูงและความสามารถในการละลายต่ำใน Ge

ปัจจุบัน มีเทคโนโลยีมัลติจังก์ชันเชิงพาณิชย์หลายประเภท (ที่ไม่ใช่เพอร์รอฟสไกต์ ) รวมถึงโมดูลแทนเดมและโมดูลแบบสามและสี่จังก์ชัน ซึ่งโดยทั่วไปใช้เซมิคอนดักเตอร์ III–V โดยมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่น่าสนใจซึ่งเทียบเท่าและเหนือกว่าเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนมาตรฐาน^{[ 40 ] [ 41 ]}

สเปกตรัมแสงอาทิตย์ที่พื้นผิวโลกเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องขึ้นอยู่กับสภาพอากาศและตำแหน่งของดวงอาทิตย์ ส่งผลให้φ ( λ ), QE ( λ ), α ( λ ) และกระแสลัดวงจรJ _{SC i} เปลี่ยนแปลงไป ด้วย ดังนั้น ความหนาแน่นของกระแสJ _iจึงไม่จำเป็นต้องตรงกัน และกระแสรวมจึงลดลง การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้สามารถวัดปริมาณได้โดยใช้พลังงานโฟตอนเฉลี่ย (APE) ซึ่งเป็นอัตราส่วนระหว่างความเข้มของสเปกตรัมG ( λ ) (ความหนาแน่นของพลังงานของแหล่งกำเนิดแสงที่ความยาวคลื่นλ เฉพาะ ) และความหนาแน่นของฟลักซ์โฟตอนทั้งหมด สามารถแสดงได้ว่าค่า APE สูง (ต่ำ) หมายถึงสภาวะสเปกตรัมความยาวคลื่นต่ำ (สูง) และประสิทธิภาพสูง (ต่ำ) ^{[ 42 ]}ดังนั้น APE จึงเป็นตัวบ่งชี้ที่ดีในการวัดผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมแสงอาทิตย์ต่อประสิทธิภาพ และมีข้อได้เปรียบเพิ่มเติมคือไม่ขึ้นอยู่กับโครงสร้างของอุปกรณ์และโปรไฟล์การดูดซับของอุปกรณ์^{[ 42 ]}

ตัวรวมแสงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและลดอัตราส่วนต้นทุนต่อประสิทธิภาพ ตัวรวมแสงที่ใช้มี 3 ประเภท ได้แก่ เลนส์หักเหแสง เช่นเลนส์เฟรสเนลจานสะท้อนแสง (พาราโบลาหรือแคสเซเกรน) และ เลนส์ นำ แสง ด้วยอุปกรณ์เหล่านี้ แสงที่ตกกระทบลงบนพื้นผิวขนาดใหญ่สามารถรวมแสงไปยังเซลล์ขนาดเล็กได้ อัตราส่วนความเข้มข้นของความเข้ม (หรือ "ดวงอาทิตย์") คือความเข้มเฉลี่ยของแสงที่โฟกัสหารด้วย 1 kW/m² ⁽ค่าที่เหมาะสมที่เกี่ยวข้องกับค่าคงที่ของแสงอาทิตย์ ) ถ้าค่าของมันคือXกระแส MJ จะ สูงขึ้น Xภายใต้การส่องสว่างแบบรวมแสง^{[ 43 ] [ 44 ]}

การใช้ความเข้มข้นในระดับ 500 ถึง 1000 หมายความว่าเซลล์ขนาด 1 cm² ^{สามารถ}ใช้แสงที่รวบรวมได้จากพื้นที่ 0.1 ^m²  ( เนื่องจาก 1 m² เท่ากับ 10000 cm² ⁾ทำให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุดเท่าที่เคยเห็นมา เซลล์สามชั้นมีข้อจำกัดพื้นฐานอยู่ที่ 63% แต่ต้นแบบเชิงพาณิชย์ที่มีอยู่ได้แสดงให้เห็นแล้วว่ามีประสิทธิภาพมากกว่า 40% ^{[ 45 ] [ 46 ] เซลล์}เหล่านี้สามารถดักจับประสิทธิภาพสูงสุดตามทฤษฎีได้ประมาณ 2/3 ดังนั้นหากสมมติว่าเป็นเช่นเดียวกันสำหรับเวอร์ชันที่ไม่ใช้ตัวรวมแสงที่มีการออกแบบเดียวกัน เราอาจคาดหวังว่าเซลล์สามชั้นจะมีประสิทธิภาพ 30% ซึ่งไม่มากพอที่จะชดเชยต้นทุนการผลิตที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับการออกแบบซิลิคอนแบบดั้งเดิม ด้วยเหตุนี้ การวิจัยเซลล์หลายจุดเชื่อมต่อเกือบทั้งหมดสำหรับการใช้งานบนพื้นดินจึงมุ่งเน้นไปที่ระบบตัวรวมแสง ซึ่งโดยปกติจะใช้กระจกหรือเลนส์เฟรสเนล  

การใช้ตัวรวมแสงยังมีข้อดีเพิ่มเติมคือจำนวนเซลล์ที่จำเป็นในการครอบคลุมพื้นที่ที่กำหนดจะลดลงอย่างมาก ระบบแบบดั้งเดิมที่ครอบคลุมพื้นที่ 1 ^{ตาราง} เมตร จะต้องใช้เซลล์ขนาด ¹⁶ตารางเซนติเมตร จำนวน 625 เซลล์ แต่สำหรับระบบรวมแสงนั้น จะต้องการเพียงเซลล์เดียวพร้อมกับตัวรวมแสงเท่านั้น ข้อดีของการใช้เซลล์แบบหลายจุดเชื่อมต่อแบบรวมแสงคือ ต้นทุนที่สูงของเซลล์เองจะถูกชดเชยได้มากกว่าด้วยการลดจำนวนเซลล์ทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของวิธีการใช้ตัวรวมแสงคือ ประสิทธิภาพจะลดลงอย่างรวดเร็วภายใต้สภาวะแสงน้อย เพื่อให้ได้ประโยชน์สูงสุดเหนือเซลล์แบบดั้งเดิมและทำให้แข่งขันด้านต้นทุนได้ ระบบรวมแสงจะต้องติดตามดวงอาทิตย์ขณะที่มันเคลื่อนที่เพื่อรักษาแสงให้โฟกัสไปที่เซลล์และรักษาประสิทธิภาพสูงสุดให้นานที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งต้องใช้ ระบบ ติดตามแสงอาทิตย์ซึ่งจะเพิ่มผลผลิต แต่ก็เพิ่มต้นทุนด้วย

ในปี 2014 เซลล์แบบหลายจุดเชื่อมต่อมีต้นทุนการผลิตสูง โดยใช้เทคนิคที่คล้ายกับการผลิตอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ซึ่งโดยทั่วไปคือการปลูกผลึกด้วยไอระเหยโลหะอินทรีย์แต่ใช้กับ "ชิป" ที่มีขนาดระดับเซนติเมตร

มีการประกาศเทคนิคใหม่ในปีนั้น ซึ่งทำให้เซลล์ดังกล่าวสามารถใช้พื้นผิวแก้วหรือเหล็ก ไอระเหยที่มีต้นทุนต่ำกว่าในปริมาณที่ลดลง ซึ่งอ้างว่ามีต้นทุนที่แข่งขันได้กับเซลล์ซิลิคอนแบบดั้งเดิม^{[ 47 ]}

เซลล์แสงอาทิตย์แบ่งออกเป็นสี่ประเภทหลัก ได้แก่ เซลล์ ซิลิคอนผลึกเดี่ยวและผลึกหลายชั้นแบบดั้งเดิม(c-Si) เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบาง (a-Si, CIGS และ CdTe) และเซลล์แสงอาทิตย์แบบหลายชั้น (MJ) ประเภทที่สี่คือ เซลล์แสงอาทิตย์เกิดใหม่ซึ่งประกอบด้วยเทคโนโลยีที่ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาและไม่ได้ระบุไว้ในตารางด้านล่าง

เซลล์แสงอาทิตย์แบบ MJ และอุปกรณ์โฟโตโวลตาอิกอื่นๆ มีความแตกต่างกันอย่างมาก(ดูตารางด้านบน)ในทางกายภาพ คุณสมบัติหลักของเซลล์แสงอาทิตย์แบบ MJ คือการมีรอยต่อ pn มากกว่าหนึ่งรอยเพื่อดักจับสเปกตรัมพลังงานโฟตอนที่กว้างขึ้น ในขณะที่คุณสมบัติหลักของเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางคือการใช้ฟิล์มบางแทนชั้นหนาเพื่อลดอัตราส่วนต้นทุนต่อประสิทธิภาพ ณ ปี 2010 แผงโซลาร์เซลล์แบบ MJ มีราคาแพงกว่าแบบอื่นๆ ความแตกต่างเหล่านี้บ่งบอกถึงการใช้งานที่แตกต่างกัน: เซลล์แสงอาทิตย์แบบ MJ นิยมใช้ในอวกาศ และเซลล์แสงอาทิตย์แบบ c-Si เหมาะสำหรับใช้งานบนพื้นโลก

ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์และเทคโนโลยีเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนค่อนข้างคงที่ ในขณะที่ประสิทธิภาพของโมดูลแสงอาทิตย์และเทคโนโลยีหลายชั้นกำลังพัฒนาไปเรื่อยๆ

โดยทั่วไป การวัดเซลล์แสงอาทิตย์ MJ จะทำในห้องปฏิบัติการ โดยใช้ตัวรวมแสง (ซึ่งมักจะไม่เป็นเช่นนั้นสำหรับเซลล์อื่นๆ) และภายใต้เงื่อนไขการทดสอบมาตรฐาน (STC) STC กำหนดให้สเปกตรัม AM1.5 เป็นค่าอ้างอิงสำหรับการใช้งานบนพื้นดิน มวลอากาศ (AM) นี้สอดคล้องกับตำแหน่งคงที่ของดวงอาทิตย์บนท้องฟ้าที่ 48° และกำลังคงที่ที่ 833  W/m² ^{ดังนั้น}ภายใต้ STC จะไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมของแสงตกกระทบและพารามิเตอร์สิ่งแวดล้อม^{[ 48 ]}

ด้วยเหตุนี้ ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ MJ ในสภาพแวดล้อมกลางแจ้งจึงด้อยกว่าที่ได้ในห้องปฏิบัติการ ยิ่งไปกว่านั้น เซลล์แสงอาทิตย์ MJ ถูกออกแบบมาเพื่อให้กระแสไฟฟ้ามีความสอดคล้องกันภายใต้สภาวะมาตรฐาน (STC) แต่ไม่จำเป็นต้องเป็นเช่นนั้นภายใต้สภาวะภาคสนาม เราสามารถใช้QE ( λ ) เพื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของเทคโนโลยีต่างๆ ได้ แต่QE ( λ ) ไม่มีข้อมูลเกี่ยวกับการจับคู่กระแสไฟฟ้าของเซลล์ย่อย จุดเปรียบเทียบทางเลือกที่สำคัญคือ กำลังไฟฟ้าขาออกต่อหน่วยพื้นที่ที่สร้างขึ้นภายใต้แสงตกกระทบเดียวกัน

ณ ปี 2010 ต้นทุนของเซลล์แสงอาทิตย์ MJ สูงเกินไปจนไม่สามารถใช้งานได้นอกเหนือจากการใช้งานเฉพาะทาง ต้นทุนที่สูงส่วนใหญ่เกิดจากโครงสร้างที่ซับซ้อนและราคาวัสดุที่สูง อย่างไรก็ตาม ด้วยตัวรวมแสงภายใต้การส่องสว่างอย่างน้อย 400 เท่าของแสงอาทิตย์แผงโซลาร์เซลล์ MJจึงสามารถใช้งานได้จริง^{[ 24 ]}

เมื่อวัสดุหลายจุดเชื่อมต่อที่มีราคาถูกกว่ามีจำหน่าย การใช้งานอื่นๆ เกี่ยวข้องกับการออกแบบช่องว่างแถบสำหรับสภาพภูมิอากาศ ขนาดเล็ก ที่มีสภาวะบรรยากาศที่แตกต่างกัน^{[ 49 ]}

ปัจจุบันเซลล์ MJ กำลังถูกนำไปใช้ในภารกิจยานสำรวจดาวอังคาร^{[ 50 ]}

สภาพแวดล้อมในอวกาศนั้นแตกต่างกันมาก เนื่องจากไม่มีชั้นบรรยากาศ สเปกตรัมแสงอาทิตย์จึงแตกต่างกัน (AM0) เซลล์มีการจับคู่กระแสที่ไม่ดีเนื่องจากฟลักซ์โฟตอนของโฟตอนเหนือ 1.87  eV มากกว่าโฟตอนระหว่าง 1.87  eV และ 1.42  eV ส่งผลให้กระแสในรอยต่อ GaAs น้อยเกินไป และขัดขวางประสิทธิภาพโดยรวม เนื่องจากรอยต่อ InGaP ทำงานต่ำกว่ากระแส MPP และรอยต่อ GaAs ทำงานสูงกว่ากระแส MPP เพื่อปรับปรุงการจับคู่กระแส ชั้น InGaP จึงถูกทำให้บางลงโดยเจตนาเพื่อให้โฟตอนเพิ่มเติมสามารถทะลุผ่านชั้น GaAs ด้านล่างได้^{[ 51 ]}

ในการใช้งานการรวมแสงบนพื้นดิน การกระเจิงของแสงสีฟ้าโดยชั้นบรรยากาศจะลดฟลักซ์โฟตอนเหนือ 1.87  eV ทำให้กระแสรอยต่อสมดุลกันได้ดีขึ้น อนุภาครังสีที่ไม่ถูกกรองอีกต่อไปอาจทำให้เซลล์เสียหายได้ ความเสียหายมีสองประเภท ได้แก่การแตกตัวเป็นไอออนและการเคลื่อนที่ของอะตอม^{[ 52 ]}อย่างไรก็ตาม เซลล์ MJ มีความต้านทานต่อรังสีสูงกว่า ประสิทธิภาพสูงกว่า และค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิต่ำกว่า^{[ 24 ]}

• รายชื่อวัสดุเซมิคอนดักเตอร์
• ระบบเซลล์แสงอาทิตย์แบบรวมแสง (CVP)
• เซลล์แสงอาทิตย์อินทรีย์
• ไดโอด PIN
• ไมโครมอร์ฟ (a-Si/μc-Si เซลล์เรียงกัน)
• เซลล์แสงอาทิตย์ควอนตัมดอท
• การวิจัยเซลล์แสงอาทิตย์

• Luque, Antonio; Hegedus, Steven, บรรณาธิการ (2003). คู่มือวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ . สำนักพิมพ์ John Wiley & Sons . ISBN 978-0-471-49196-5.
• ยาร์ริส, ลินน์ (7 พฤศจิกายน 2011). งานวิจัยของห้องปฏิบัติการเบิร์กลีย์จุดประกายประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำลายสถิติ . ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์ . สืบค้นเมื่อ10 ธันวาคม 2011. งานวิจัยเชิงทฤษฎีโดยนักวิทยาศาสตร์จาก ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์ (Berkeley Lab) สังกัด กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ (DOE) นำไปสู่ประสิทธิภาพการแปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้าในเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำลายสถิติ{{cite book}}: |work=เพิกเฉย ( ความช่วยเหลือ ) ( ตีพิมพ์ซ้ำในนิตยสาร R&D )