多元化合物太阳能电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳能电池。现在各国研究的多元化合物太阳能电池品种繁多，但绝大多数尚未工业化生产。半导体化合物GaAs，CdTe，Cu(In, Ga)Se2(CIGS)的禁带宽度接近于光伏电池所要求的最佳禁带宽度，它们具有高的光电转化效率，又有较低的制作成本，可以用来制造薄膜叠层太阳能电池。
GaAs 是III-V 族半导体材料，禁带宽度1.42 eV，与太阳光谱匹配，是理想的太阳能电池材料。单结GaAs 电池只能吸收特定光谱的太阳光，转换效率不高。不同禁带宽度的III-V
族材料制备的多结GaAs 电池，按禁带宽度由大到小叠合，这些III-V 族材料分别吸收和转换太阳光谱的不同子域， 可大幅提高太阳能电池的光电转换效率。由于镓比较稀缺，砷有毒，制造成本高，此类太阳能电池的发展受到一定的影响。目前， 国际上已对AlGaAs/GaAs，GaInP2 /GaAs，GaInAs/Inp，GaInP/GaInAs 等双结叠层太阳能电池进行过研究， 其中对GaInP2 /GaAs 叠层太阳能电池的研究居多。
这种电池结构首先由Olson 在1990 年提出，他发现GaInP2材料可以作为叠层太阳能电池的顶层电池。目前国外报道的GaInP2 /GaAs 双结叠层太阳电池的光转换效率已达25.7%。产业化成熟产品转换效率约23.1%， 并逐步用作卫星等航天器的供电电源，前景十分广阔。不过，造价昂贵一直是GaInP2 /GaAs 叠层电池难以大批量生产的直接原因， 选用价格低廉的Ge 衬底是降低成本， 减小GaInP2 /GaAs 叠层太阳能电池自身重量的有效途径。国外对此已研究多年，近年国内研究也开始深入。上海交通大学物理系的陈鸣波、崔容强等采用低压金属有机物化学气相沉积工艺制备P-N 型的GaInP2 /GaAs 叠层太阳能电池样品，并对GaInP2顶层电池进行改进，制得的电池光电转换效率为23.82%。其他双结太阳能电池如Al0.37Ga0.63As/GaAs(Ge)两者的禁带宽度分别为1.93 eV 和1.42 eV，正处于叠层太阳能电池所需的最佳匹配范围，其效率达到23%。
在双结电池的基础上，1993 年在国外就有报道研制出三结Ga0.5In0.5P/GaAs/Ge 叠层太阳能电池。1996 年，美国光谱实验室研制的该类电池的最高效率达到25.7%， 小批量生产平均效率达到23.8%，1997 年大批量生产平均效率达到24.5%。2000 年最高效率达到29%，2002 年大批量生产平均效率达到26.5%。目前，国际上从事多结电池批产的最知名的两家公司是美国的光谱实验室和Emcore 公司， 其年批产能力分别为500 kW 和200 kW。
作为II-VI 族化合物半导体CdTe，是禁带宽度为1.46 eV的直接禁带半导体，很接近太阳能电池需要的最优化禁带宽度，吸收系数约为105 cm-1，就太阳辐射光谱中能量高于CdTe禁带宽度的范围而言，1μm 厚的CdTe 可以有效吸收其99%[10-11]。目前，国内的CdS/CdTe 太阳电池是研究热点，报道的最高光电转换率是由李愿杰等[12]制造的单层CdS/CdTe，效率为13.38%。该实验室还制造出多层叠层CdS/CdTe 太阳能电池，结构为CdS/CdTe/CdS/CdTe/ZnTe:Cu/Ni。这种叠层太阳能电池的效率可以达到8.16%。
Cu(In, Ga)Se2(CIGS)太阳能电池的光电转化效率高、性能稳定、抗辐射能力强，且制造成本低，倍受重视，是新一代太阳能电池。它的最高的转换效率已经达到19.5%。为了提高效率，可以制成CGS/CIS 层叠太阳能电池，这种电池的转换效率据报道已经达到33.9%，该叠层电池的稳定性、直接带宽、高吸收系数对于生产低成本、高效率的两结叠层太阳能电池来说是可取的。对于两结叠层太阳能电池，其顶层电池对全部转换效率的贡献大，所以要达到CGS/CIS 25%的转换效率，需要转换效率大于15%高质量的CGS 顶层电池。
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