美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员创造了一种太阳能电池，在单太阳全球照明下，效率达到创纪录的39.5%。这是任何类型中效率最高的太阳能电池，使用标准的单太阳条件进行测量。
NREL高效晶体光伏（PV）小组高级科学家、该项目首席研究员迈尔斯·施泰纳（Myles Steiner）表示：“新电池效率更高，设计更简单，可能对各种新应用有用，例如高度区域限制应用或低辐射空间应用。”。他与NREL的同事Ryan France、John Geisz、Tao Song、Waldo Olavaria、Michelle Young和Alan Kibbler一起工作。
《焦耳》杂志5月刊上发表的论文“厚量子阱超晶格实现了39.5%地面效率和34.2%空间效率的三结太阳能电池”概述了这一发展的细节。
NREL的科学家此前在2020年创下了一项纪录，即使用III-V材料的六结太阳能电池的效率为39.2%。
最近几款最好的太阳能电池都是基于NREL发明的倒置变质多结（IMM）结构。这种新增强的三结IMM太阳能电池现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，包括日本夏普公司于2013年建立的先前三结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性能。科学家们开发了一种性能前所未有的量子阱太阳能电池，并将其应用到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中的位置而得名，它跨越了广泛的能带隙，使其能够瞄准太阳光谱的不同部分。顶部结由磷化镓铟（GaInP）制成，中间是砷化镓（GaAs），中间是量子阱，底部是晶格不匹配的砷化镓铟（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法兰西说：“一个关键因素是，虽然砷化镓是一种优秀的材料，通常用于III-V多结电池，但它没有三结电池的正确带隙，这意味着三个电池之间的光电流平衡不是最佳的。”。“在这里，我们通过使用量子阱对带隙进行了修改，同时保持了优异的材料质量，这使得该器件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阱器件，没有重大的电压损失。他们还学习了如何在生长过程中退火GaInP顶部单元以提高其性能，以及如何最小化晶格不匹配GaInAs中的穿线位错密度，这在单独的出版物中进行了讨论。总之，这三种材料为新型电池设计提供了信息。
III-V电池以其高效率而著称，但其制造工艺传统上很昂贵。到目前为止，III-V电池已被用于为空间卫星、无人机和其他利基应用提供动力。NREL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，高电池效率对其至关重要，在寿命开始测量时，电池的效率为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。