美国国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员开发了一种太阳能电池，其在单太阳全球照明下的效率再创新高，达39.5%，这是在相同条件下测量的任何类型的最高效率太阳能电池。

这一成就超越了美国国家可再生能源实验室研究人员在2020年创造的记录，即当时使用III-V材料开发了效率为39.2%的六结太阳能电池。

美国国家可再生能源实验室高效晶体光伏小组的资深科学家迈尔·施泰纳（Myle Steiner）表示，这种新电池可能有多种用途，包括高度区域限制的应用或低辐射空间应用。

施泰纳（Steiner）、莱恩·弗兰斯（Ryan France）、约翰·盖茨（John Geisz）等多人对美国国家可再生能源实验室的研究做出了贡献。

《焦耳》杂志5月刊上一篇名为“厚量子阱超晶格使三结太阳能电池具有39.5%的地面效率和34.2%的空间效率 ”的论文，概述了本次太阳能电池开发的细节。

最近几款能效最高的太阳能电池，都是基于美国国家可再生能源实验室发明的倒置变质多结（IMM）架构。这种新增强的三结IMM太阳能电池现在已被添加到最佳研究电池效率图表中。该图表显示了实验性太阳能电池的成功，包括日本夏普公司先前于2013年创下的三结IMM记录，即37.9%。

效率的提高源于对“量子阱”太阳能电池的研究，该电池利用许多非常薄的层来改变太阳能电池的特性。科学家们开发了一种具有前所未有的性能的量子阱太阳能电池，并将其应用于一种具有三个不同带隙的结的设备中，其中每个结都经过调整，以捕获和利用太阳光谱的不同部分。

III-V材料因其在元素周期表上的位置而得名，跨越了广泛的能量带隙，使其能够瞄准太阳光谱的不同部分。顶部结由磷化镓（GaInP）制成，中间是带有量子阱的砷化镓（GaAs），底部是晶格错位的砷化镓（GaInAs）。经过几十年的研究，每种材料都得到了高度优化。

资深科学家兼电池设计师弗朗西（France）称：“关键因素是，虽然砷化镓是一种优秀的材料，通常用于III-V多结电池，但它对于三结电池来说，并不具有相当正确的带隙，这意味着三个电池之间的光电流平衡并不理想。在这里，我们通过使用量子阱修改了带隙，同时保持了优异的材料质量，这使得该装置和潜在的其他应用成为可能。”

科学家们在中间层使用量子阱来扩展砷化镓电池的带隙，并增加电池可以吸收的光量。重要的是，他们开发了光学厚度的量子井设备，没有重大电压损失。他们还学会了如何在生长过程中对GaInP顶层电池进行退火以提高其性能，以及如何将晶格错位的砷化镓（GaInAs）中的线状位错密度降到最低，这些都将在另外的出版物中讨论。总的来说，这三种材料为新型电池的设计提供了参考。

III-V电池以其高效率而著称，但其制造工艺历来都很昂贵。到目前为止，III-V电池已被用于为太空卫星、无人驾驶飞行器和其他利基应用供电。美国国家可再生能源实验室的研究人员一直致力于大幅降低III-V电池的制造成本，并提供替代电池设计，这将使这些电池在各种新应用中经济实惠。

新的III-V电池在空间应用方面的效率也得到了测试，特别是在通信卫星方面，这类卫星由太阳能电池供电，高电池效率至关重要，在寿命开始测量时，电池效率为34.2%。目前的电池设计适用于低辐射环境，通过进一步开发电池结构，可以实现更高的辐射应用。