ข้อจำกัดของ Shockley-Queisser สำหรับประสิทธิภาพสูงสุดทางทฤษฎีของเซลล์แสงอาทิตย์ เซมิคอนดักเตอร์ที่มีช่องว่างของแบนด์ ระหว่าง 1 ถึง 1.5eV หรือใกล้แสงอินฟราเรดใกล้ จะมีศักยภาพมากที่สุดในการขึ้นรูปแบบของเซลล์ทางเชื่อมเดียวที่มีประสิทธิภาพ (ประสิทธิภาพ"จำกัด" ที่แสดงนี้สามารถเกินกว่านี้ได้โดย เซลล์แสงอาทิตย์แบบ multijunction)

วัสดุที่ต่างกันแสดงประสิทธิภาพที่ต่างกันและมีค่าใช้จ่ายที่ต่างกัน วัสดุสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ ที่มีประสิทธิภาพจะต้องมีลักษณะที่ตรงกับสเปกตรัมของแสงที่มีอยู่ เซลล์บางตัวถูกออกแบบมาเพื่อแปลงความยาวคลื่นของแสงอาทิตย์ที่มาถึงพื้นผิวโลกได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม เซลล์แสงอาทิตย์บางตัวจะเหมาะสำหรับการดูดซึมแสงนอกชั้นบรรยากาศของโลกได้เป็นอย่างดี วัสดุที่ดูดซับแสงมักจะสามารถใช้ในการกำหนดค่าทางกายภาพหลายอย่างเพื่อใช้ประโยชน์จากการดูดกลืนแสงที่แตกต่างกันและกลไกการแยกประจุ

เซลล์แสงอาทิตย์อุตสาหกรรมถูกทำจากซิลิกอน monocrystalline , polycrystalline ซิลิคอน, ซิลิคอนอสัณฐาน, แคดเมียมเทลลูไรด์ หรือทองแดง อินเดียม selenide/ซัลไฟด์ หรือ ระบบที่ใช้วัสดุ multijunction ที่มีพื้นฐานจาก GaAs

เซลล์แสงอาทิตย์ที่มีอยู่ในปัจจุบันจำนวนมากจะทำจากวัสดุที่เป็นกลุ่มที่ถูกตัดให้เป็นเวเฟอร์หนา ระหว่าง 180 ถึง 240 ไมโครเมตร แล้วนำไปผ่านขบวนการผลิตเหมือนเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ

ผลึกซิลิกอน

โครงสร้างพื้นฐานของเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำด้วยซิลิคอนและกลไกการทำงานของมัน

โดยทั่วไป, วัสดุที่เป็นกลุ่มก้อนที่แพร่หลายมากที่สุดสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์คือผลึกซิลิคอน crystalline (ย่อๆว่าเป็นกลุ่มของ c-Si) หรือที่เรียกว่า "ซิลิคอนเกรดแสงอาทิตย์" กลุ่มก้อนซิลิกอนแบ่งออกเป็นหลายประเภทตามความเป็นผลึกและขนาดผลึกในก้อนโลหะ, ริบบิ้นหรือเวเฟอร์ เซลล์เหล่านี้จะขึ้นอยู่รอบแนวคิดของทางเชื่อมทั้งหมดดังนี้

1. ซิลิกอน monocrystalline (c-Si) มักจะถูกผลิตโดยใช้กระบวนการ Czochralski. เวเฟอร์เซลล์คริสตัลเดี่ยวมีแนวโน้มที่จะมีราคาแพงและเพราะพวกมันจะถูกตัดออกจากแท่งทรงกระบอก พวกมันจะไม่ครอบคลุมโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์สี่เหลี่ยมอย่างสมบูรณ์โดยไม่ต้องเสียซิลิกอน กลั่นจำนวนมาก ดังนั้นแผง C-Si ส่วนใหญ่ได้เปิดช่องว่างที่มุมทั้งสี่ของเซลล์
2. ซิลิกอน polycrystalline หรือ ซิลิคอน multicrystalline (poly-Si or mc-Si) ทำจากโลหะ หล่อสี่เหลี่ยม - บล็อกขนาดใหญ่ของซิลิกอนหลอมละลายที่ถูกทำให้เย็นและเป็นผลึกอย่างระมัดระวัง เซลล์โพลี-Si มีราคาไม่แพงในการผลิตถูกกว่าเซลล์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวแต่จะมี ประสิทธิภาพน้อยกว่า กรมข้อมูลพลังงานของสหรัฐอเมริกาแสดงให้เห็นว่ายอดขายของซิลิคอนโพลี่คริสตัลไลน์ที่สูงขึ้นกว่ายอดขายของ monocrystalline
3. ซิลิกอนริบบิ้น[24] เป็นโพลี่คริสตัลไลน์ ซิลิคอนชนิดหนึ่ง: มันจะเกิดขึ้นโดยการดึงฟิล์มบางแบนจากซิลิกอนหลอมเหลวและผลที่ได้จะเป็นโครงสร้างโพลึ่คริสตัลไลน์ เซลล์เหล่านี้มีประสิทธิภาพต่ำกว่า poly-Si แต่ประหยัดค่าใช้จ่าย การผลิตอันเนื่องมาจากการลดลงอย่างมากในการสูญเสียซิลิกอน เพราะวิธีการนี้ไม่จำเป็นต้อง เลื่อยจากแท่งสาร
4. ซิลิกอนโมโน-เหมือน-มัลติ: ถูกพัฒนาในยุค 200X และถูกแนะนำในเชิงพาณิชย์ราวปี 2009, โมโน-เหมือน-มัลติ หรือ cast-mono ใช้ห้องหล่อโพลี่คริสตัลไลน์ที่มีอยู่กับ"เมล็ด" เล็กๆของวัสดุโมโน ผลที่ได้คือก้อนวัสดุเหมือนโมโนที่มีโพลีอยู่รอบนอก เมื่อแปรรูปออกจากกัน ส่วน ภายในจะเป็นเซลล์เหมิอนโมโนที่มีประสิทธิภาพสูง (แต่เป็นรูปสี่เหลี่ยมแทนที่จะเป็นรูป"ตัด") ในขณะที่ขอบด้านนอกจะถูกขายเป็นโพลีธรรมดา ผลที่ได้คือสายการผลิตเซลล์เหมือนโมโนในราคาของเหมือนโพลี่[25]

ฟิล์มบาง

เทคโนโลยีฟิล์มบางช่วยลดปริมาณของวัสดุที่จำเป็นในการสร้างวัสดุที่ใช้งานของเซลล์แสงอาทิตย์ เซลล์แสงอาทิตย์ฟิล์มบางส่วนใหญ่จะถูกคั่นกลางระหว่างสองบานหน้าต่างกระจกเพื่อทำให้เป็นโมดูล เนื่องจากแผงเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนใช้เพียงหนึ่งบานกระจกหน้าต่าง แผงฟิล์มบางจึงมีน้ำหนักประมาณสองเท่าของแผงผลึกซิลิกอน แม้ว่าพวกมันจะมีผลกระทบต่อระบบนิเวศน้อยกว่า(พิจารณาจากการวิเคราะห์ วงจรชีวิต)[26] ส่วนใหญ่ของแผงแบบฟิล์มมีประสิทธิภาพการแปลงที่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญตามหลังซิลิกอนอยู่ร้อยละ 2 ถึง 3[27] ได้มีการลงทุนขนาดใหญ่ในเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ฟิล์มบางเนื่องจากการประสบความสำเร็จของ First Solar และสัญญาที่ไม่เป็นผลส่วนใหญ่ของค่าใช้จ่ายที่ต่ำกว่าและความยืดหยุ่นเมื่อเทียบกับเซลล์ซิลิคอนเวเฟอร์ แต่พวกมันไม่ได้กลายเป็นผลิตภัณฑ์พลังงานแสงอาทิตย์หลักเนื่องจากประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าและใข้พื้นที่ที่ใหญ่กว่าในการผลิตต่อวัตต์ที่สอดคล้องกัน แคดเมียมเทลลลูไรด์ (CdTe), ทองแดงอินเดียมแกลเลียม selenide (CIGS) และซิลิกอนอสัณฐาน (a-Si) เป็นสามเทคโนโลยีฟิล์มบางที่มักจะถูกใช้ในการผลิตแผงเซลล์แสงอาทิตย์แบบกลางแจ้ง ณ ธันวาคม 2013, CdTe มีประสิทธิภาพด้านค่าใช้จ่ายที่ดีที่สุด (ค่าใช้จ่ายในการผลิตในสหรัฐต่อวัตต์ติดตั้งเป็น 0.59$ รายงานโดย First Solar) ใช้เทคโนโลยีฟิล์มบางกันอย่างแพร่หลายและเทคโนโลยี CIGS มีประสิทธิภาพในห้องปฏิบัติการสูงสุด (20.4% ณ ธันวาคม 2013) แม้ว่าเซลล์ CdTe ที่ผลิตโดย First Solar จะมีประสิทธิภาพทางอุตสาหกรรมสูงสุดและประสิทธิภาพของห้องปฏิบัติการสำหรับเทคโนโลยี ฟิล์มบาง GaAs ที่ยังไม่โตเต็มที่จะมีประสิทธิภาพสูงสุดถึง 28%

เซลล์แสงอาทิตย์แคดเมียมเทลลูไรด์

เซลล์แสงอาทิตย์แคดเมียมเทลลูไรด์ใช้ฟิล์มบางทำจากแคดเมียมเทลลูไรด์(CdTe)ซึ่งเป็นชั้นของสารกึ่งตัวนำเพื่อดูดซับและแปลงแสงแดดให้เป็นไฟฟ้า ข้อเสียอย่างหนึ่งของเทคโนโลยีนี้(ซึ่งวัสดุฟิล์มบางนี้เท่านั้นณเวลานี้ที่เป็นคู่แข่งของผลึกซิลิคอนในด้านค่าใช้จ่าย/วัตต์) ก็คือแคดเมียมมีพิษร้ายถึงตาย อีกประเด็นก็คือเทลลูเรียม (แอนไอออนคือ "เทลลูไรด์") เป็นโลหะที่ หายากมากในเปลือกโลก เซลล์ CdTe จึงไม่มีโอกาสที่จะมีบทบาทหลักในการแก้ปัญหาของการทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิลในระยะยาว

แคดเมียมที่พบในเซลล์จะเป็นพิษถ้าปล่อยออกไป อย่างไรก็ตามการปล่อยจะเป็นไปไม่ได้ในระหว่างการดำเนินงานปกติของเซลล์และไม่น่าเป็นไปได้ในระหว่างที่เกิดเพลิงไหม้บนหลังคาของที่อยู่อาศัย[28] หนึ่งตารางเมตรของ CdTe มีประมาณจำนวนเดียวกันของ Cd เป็น C เซลล์แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียมเดียว ในเสถียรภาพมากกว่าและรูปแบบที่ละลายน้ำได้น้อยกว่า[29]

คอปเปอร์อินเดียมแกลเลียม selenide

คอปเปอร์อินเดียมแกลเลียม selenide (CIGS) เป็นวัสดุช่องว่างแถบโดยตรง มันมีประสิทธิภาพสูงสุด (~ 20%) ในหมู่วัสดุฟิล์มบางทั้งหลาย (ดูเซลล์แสงอาทิตย์ CIGS ) วิธีการดั้งเดิมของการผลิตจะเกี่ยวข้องกับกระบวนการสูญญากาศรวมทั้งการระเหยร่วมและการสปัตเตอร์ ความคืบหน้าล่าสุดที่ IBM และ Nanosolar ที่พยายามที่จะลดค่าใช้จ่ายโดยการใช้กระบวนการแก้ปัญหา ที่ไม่ใช้สูญญากาศ

เซลล์ฟิล์มบาง

มหาวิทยาลัยเนเมเกนดัตช์ Radboud ได้สร้างสถิติสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์ฟิล์มบาง ที่มีประสิทธิภาพดัวยการใช้ GaAs ทางเชื่อมเดี่ยวไว้ที่ 25.8% ในเดือนสิงหาคม 2008 โดยใช้ชั้น GaAs หนาเพียง 4 ไมโครเมตรเท่านั้นซึ่งสามารถย้ายจากฐานเวเฟอร์ไปเป็นกระจกหรือฟิล์มพลาสติก เมื่อเร็ว ๆ นี้ สถิตินี้ได้รับการเพิ่มขึ้นเป็น 28.8%[30] ประสิทธิภาพสูงที่ได้รับในเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบาง GaAs มีสาเหตุมาจากการเจริญเติบโตของการ epitaxy ของ GaAs ที่มีคุณภาพสูงอย่างมาก, การทำ passivation ที่พื้นผิวโดย AlGaAs[31] และส่งเสริมการรีไซเคิลโฟตอนโดยการออกแบบฟิล์มบาง[32]

ฟิล์มบางซิลิคอน

เซลล์ชนิดฟิล์มบางซิลิกอนตามหลักจะถูกสะสมโดยการสะสมไอทางเคมี(เช่นส่วนขยายพลาสมา หรือ PE- CVD ) จากก๊าซไซเลนและก๊าซไฮโดรเจน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์การสะสม สิ่งนี้ สามารถให้ผลผลิตต่อไปนี้[33]

1. ซิลิกอนอสัณฐาน (a-Si หรือ a-Si:H)
2. ซิลิกอน Protocrystalline หรือ
3. ผลึกนาโนซิลิคอน (nc -Si หรือ nc-Si:H) หรือเรียกว่า microcrystalline ซิลิกอน

มีการพบว่า ซิลิกอน protocrystalline ที่มีผลึกนาโนซิลิคอนในปริมาณต่ำจะดีที่สุดสำหรับแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดสูง[34] ชนิดของซิลิกอนเหล่านี้ปรากฏว่าให้การผูกพันกันที่ห้อยลงมาและปิดไปมาซึ่งจะส่งผลในข้อบกพร่องที่ลึก (ระดับพลังงานใน bandgap) เช่นเดียวกับการสลายตัวของแบนด์ที่เป็น valence และการนำกระแส (แบนด์ปลาย) เซลล์แสงอาทิตย์ที่ทำจากวัสดุเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานต่ำกว่าก้อนซิลิกอน แต่ก็มี ราคาไม่แพงในการผลิต ประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางยังต่ำอันเนื่องมาจากจำนวนที่ลดลงของตัวขนส่งประจุต่อโฟตอนที่ตกกระทบ

เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิกอนอสัณฐาน (a-Si)ถูกทำจากซิลิกอนอสัณฐานหรือ microcrystalline silicon และโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานคือ p-i-n junction. a-Si เป็นที่น่าสนใจที่นำถูกนำมาใช้เป็นวัสดุเซลล์แสงอาทิตย์ เพราะเป็นวัสดุที่อุดมสมบูรณ์ และปลอดสารพิษ (ไม่เหมือน CdTe เพื่อนของมัน) และใช้อุณหภูมิในการผลิตต่ำ ทำให้การผลิตอุปกรณ์สามารถทำได้บนพื้นผิวที่มีความยืดหยุ่นและค่าใช้จ่ายต่ำ เนื่องจากโครงสร้างอสัณฐานมีอัตราการดูดซึมของแสงที่สูงกว่าเซลล์ผลึก crystalline คลื่นแสงที่สมบูรณ์สามารถถูกดูดซึมด้วยชั้นบางมากๆของวัสดุที่ใช้งานเปลี่ยนแสงให้เป็นไฟฟ้า ฟิล์มที่หนาเพียง 1 ไมโครเมตรจะสามารถดูดซับ 90% ของ พลังงานแสงอาทิตย์ที่ใช้งานได้[35] สิ่งนี้จะช่วยลดความต้องการใช้วัสดุลง พร้อมๆกับ เทคโนโลยีปัจจุบันที่มีความสามารถในการเก็บสะสมของ a-Si ด้วยพื้นที่ขนาดใหญ่, ขนาดของการนำไปใช้งานสำหรับเซลล์ประเภทนี้อยู่ในระดับสูง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมันเป็นอสัณฐาน มันจึงมีความผิดปกติตามธรรมชาติและการผูกพันแบบห้อยอยู่สูง ทำให้มันเป็นตัวนำที่ไม่ดีสำหรับต้วขนส่งประจุไฟฟ้า การผูกพันแบบห้อยนี้ทำหน้าที่เป็นศูนย์รวมตัวกันใหม่ที่ลดอายุการใช้งานของตัวขนส่งอย่างรุนแรงและยึดติดระดับ Fermi level เพื่อให้การโดปวัสดุให้เป็น n-type หรือ p-type เป็นไปไม่ได้ Amorphous Silicon ยังทนทุกข์ทรมานจาก Staebler-Wronski effect ซึ่งส่งผลให้ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนอสัณฐานลดลงเมื่อเซลล์สัมผัสกับแสง การผลิตเซลล์แสงอาทิตย์แบบ a-Si ฟิล์มบางจะใช้กระจกเป็นพื้นผิวและฝังชั้นบางมากๆของซิลิกอนโดยวิธี plasma-enhanced chemical vapor deposition ( PECVD ) หลายผู้ผลิต a-Si กำลังทำงานเพื่อลดค่าใช้จ่ายต่อวัตต์และเพิ่มประสิทธิภาพการแปลงให้สูงด้วยการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเซลล์แสงอาทิตย์ multijunction เพื่อทำแผงเซลล์แสงอาทิตย์ บริษ้ท Anwell เทคโนโลยี จำกัด เพิ่งประกาศเป้าหมายสำหรับ PECVD แบบ multi-substrate-multi-chamber เพื่อลดค่าใช้จ่ายลงที่ US 0.50$ ต่อวัตต์[36]

ซิลิกอนอสัณฐานมี bandgap ที่ (1.7 eV) สูงกว่าผลึกซิลิคอน (c -Si) ที่ (1.1 eV) ซึ่งหมายความว่ามันดูดซับส่วนที่มองเห็นด้วยตาเปล่าของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ได้รุนแรงกว่าส่วนของคลื่นอินฟราเรด เนื่องจาก nc-Si มี bandgap ประมาณเดียวกับ c-Si, nc -Si และ a-Si สามารถถูกนำมารวมกันในชั้นบางๆ, ซึ่งเป็นการสร้างเซลล์ชั้นๆที่เรียกว่าแทนเดมเซลล์ เซลล์ ด้านบนที่เป็น a-Si จะดูดซับแสงที่มองเห็น ส่วนเซลล์ด้านล่างที่เป็น nc-Si จะดูดซึมคลื่นอินฟราเรด

เร็ว ๆ นี้ การแก้ปัญหาหลายอย่างที่จะเอาชนะข้อจำกัดของซิลิกอนผลึกฟิล์มบางได้รับการพัฒนาขึน แผนการดักจับแสงที่มีความยาวคลื่นที่ยาวและถูกดูดซึมได้น้อยจะถูกจับคู่อ้อมๆลงในซิลิกอนและลัดเลาะฟิล์มหลายต่อหลายครั้งจะสามารถเพิ่มการดูดซึมของแสงแดดอย่างมีนัยสำคัญในฟิล์มซิลิคอนบาง[37] การลดพื้นสัมผัสด้านบนสุดของผิวหน้าเซลล์เป็นวิธีการหนึ่งเพื่อลดการสูญเสียแสง วิธีนี้มีจุดมุ่งหมายที่จะลดพื้นที่ที่ถูกปกคลุมเหนือเซลล์เพื่อยอมให้มีแสงส่องลงในเซลล์ให้มากที่สุด การเคลือบป้องกันการสะท้อนแสงยังสามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการสร้างการรบกวนที่ไม่สร้างสรรค์ภายในเซลล์ ซึ่งสามารถทำได้โดยการปรับเปลี่ยนดัชนีหักเหของการเคลือบพื้นผิวหน้า ถ้าการรบกวนที่ไม่สร้างสรรค์เกิดขึ้น จะไม่มีการสะท้อนคลื่นแสงและทำให้แสงทั้งหมดจะถูกส่งเข้าไปในเซลล์เซมิคอนดักเตอร์ การจัดองค์ประกอบพื้นผิวเป็นอีกตัวเลือกหนึ่ง แต่อาจจะทำงานได้น้อยกว่า เพราะมันยังเพิ่ม ราคาการผลิตอีกด้วย โดยการจัดองค์ประกอบใหกับพื้นผิวของเซลล์แสงอาทิตย์ แสงที่สะท้อนสามารถหักเหเข้าไปในพื้นผิว ซึ่งลดแสงที่จะสะท้อนออก การดักแสงด้วยวิธีอื่นจะช่วยในการลด ความหนาโดยรวมของอุปกรณ์; ความยาวของเส้นทางที่แสงจะเดินทางจะยาวกว่าความหนาของ อุปกรณ์มาก สิ่งนี้สามารถทำได้โดยการเพิ่มตัวสะท้อนกลับให้กับอุปกรณ์ เช่นเดียวกับการจัดองค์ประกอบพื้นผิว ถ้าพื้นผิวทั้งด้านหน้าและด้านหลังของอุปกรณ์ตรงตามเกณฑ์ แสงจะ 'ติดกับ ' เนื่องจากไม่มีเส้นทางออกเนื่องจากการหักเหภายใน เทคนิคการการผลิตด้วยความร้อนสามารถเพิ่มคุณภาพอย่างมีนัยสำคัญของผลึกซิลิกอน และจะนำไปสู่​​ประสิทธิภาพที่สูงขึ้นของเซลล์แสงอาทิตย์ขั้นสุดท้าย[38] ความก้าวหน้าต่อไปเพื่อเข้าสู่การพิจารณาด้านเรขาคณิตในการสร้างอุปกรณ์จะสามารถใช้ประโยชน์จากมิติของวัสดุนาโน การสร้างอาร์เรย์เส้นลวดนาโนแบบขนานที่มีขนาดใหญ่ช่วยให้เกิดการดูดซึมตามความยาวของสายไฟในขณะที่ยังคงรักษาตัวขนส่งส่วนน้อยความยาวสั้นไปตามทิศทางของรัศมี การเพิ่มอนุภาคนาโนระหว่างสายไฟนาโนจะช่วยให้เกิดกระแสไหลผ่านอุปกรณ์ เป็นเพราะรูปทรงเรขาคณิตตามธรรมชาติของอาร์เรย์ เหล่านั้น พื้นผิวที่ถูกปรับแต่งจะขึ้นรูปตามธรรมชาติซึ่งจะช่วยให้เก็บกักแสงได้มากขึ้น ประโยชน์ต่อไปของรูปทรงเรขาคณิตนี้ก็คือว่าอุปกรณ์ประเภทนี้จะใช้วัสดุประมาณ 100 เท่าน้อยกว่าวัสดุอุปกรณ์ที่ทำด้วยเวเฟอร์ตามปกติ

เซลล์ Multijunction

เซลล์ multijunction ประสิทธิภาพสูงแต่เดิมถูกพัฒนามาสำหรับการใช้งานพิเศษ เช่นดาวเทียม และสำรวจอวกาศ แต่ยังถูกนำมาใช้ในขณะนี้อย่างมีประสิทธิภาพกับสถานีรวมพลังงานแสงอาทิตย์ในแนวพื้นโลก เซลล์ Multijunction ประกอบด้วยหลายๆฟิล์มบาง แต่ละเซลล์แสงอาทิตย์ติดตั้งซ้อนๆกัน มักจะใช้ขั้นตอน metalorganic vapour phase epitaxy ยกตัวอย่างเช่นเซลล์สามทางเชื่อมอาจประกอบด้วยเซมิคอนดักเตอร์เช่น GaAs, Ge และ GaInP2[39] แต่ละชนิดของสารกึ่งตัวนำจะมีลักษณะสมบัติเกียวกับพลังงานช่องว่างแถบซึ่งพูดง่ายๆว่าทำให้มันสามารถดูดซับแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดในสีบางสี หรือพูดให้แม่นยำมากขึ้นเพื่อดูดซับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าบนส่วนหนึ่งของสเปกตรัม การผสมกันของหลายเซมิคอนดักเตอร์จะเลือกสรรเพื่อดูดซับอย่างมีประสิทธิภาพส่วนใหญ่ของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ จึงสร้างกระแสไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

อุปกรณ์ multijunction ที่ทำจาก GaAs เป็นเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในปัจจุบัน เมื่อ 15 ตุลาคม 2012, เซลล์ metamorphic สามทางเชื่อมสามารถสร้างสถิติทำได้ถึง 44%[40]

เซลล์แสงอาทิตย์แบบแทนเดมที่ทำจาก monolithic ต่ออนุกรมกับ gallium indium phosphide (GaInP), gallium arsenide GaAs, และ germanium Ge p–n junctions จะเห็นความต้องการในตลาดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว[41] ระหว่าง ธันวาคม 2006 ถึงธันวาคม 2007 ค่าใช้จ่ายของโลหะ 4N แกลเลียมเพิ่มขึ้นจากประมาณ $350 ต่อกิโลกรัมไปเป็น $680 ต่อกิโลกรัม นอกจากนี้ราคาโลหะเจอร์เมเนียมได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก ถึง $1000-1200 ต่อกิโลกรัมในปีนี้ วัสดุเหล่านั้นรวมถึงแกลเลียม (4N, 6N และ 7N Ga), สารหนู (4N, 6N และ 7N ) และ เจอร์เมเนียม, pyrolitic boron nitride (PBN) ทดลองสำหรับปลูกผลึกและ โบรอน ออกไซด์ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีความสำคัญต่ออุตสาหกรรมการผลิตสารตั้งต้นทั้งหมด

เซลล์แสงอาทิตย์สามทางเชื่อมที่ทำด้วย GaAs ยังถูกนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานสำหรับของDutch four-time World Solar Challenge winners Nuna ในปี 2003, 2005 and 2007, และโดย the Dutch solar cars Solutra (2005), Twente One (2007) and 21Revolution (2009).