日本轉(zhuǎn)換效率24.2％的多結(jié)太陽能電池問世

日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（AIST，簡(jiǎn)稱產(chǎn)綜研）2014年6月24日在“AIST光伏發(fā)電研究成果報(bào)告會(huì)2014”上宣布開發(fā)出了“Smart Stack”技術(shù)，可粘合由異種半導(dǎo)體構(gòu)成的太陽能電池的pn層。利用該技術(shù)可在Si類和CIGS類太陽能電池上層積III-V族pn結(jié)，因此能夠以低成本制造高效率的太陽能電池。

開發(fā)該技術(shù)的是AIST光伏發(fā)電工程研究中心的先進(jìn)多結(jié)器件小組。該小組制作了在CIGS類太陽能電池上層疊GaAs和GaInP雙結(jié)太陽能電池的發(fā)電元件，確認(rèn)可獲得24.2％的轉(zhuǎn)換效率。

四結(jié)以上的多結(jié)太陽能電池由于晶格常數(shù)不同等原因，很難利用以往的晶體生長(zhǎng)技術(shù)制作。因此，該研究小組開始開發(fā)不利用晶體生長(zhǎng)，而是對(duì)分別制作的電池單元進(jìn)行物理粘合的“Mechanical Stack”技術(shù)。

產(chǎn)綜研的Smart Stack技術(shù)也屬于這樣的技術(shù)。Smart Stack和Mechanical stack的最大的不同是，在粘合面以1×1010個(gè)/cm2的密度配置直徑為50nm的鈀顆粒。由此，無需像以前的Mechanical stack那樣對(duì)電子束和等離子的貼合面進(jìn)行表面處理，所需的表面平坦性也由1nm以下大幅放寬到10nm左右。

具體來說，就是利用聚苯乙烯等高分子材料的自組織現(xiàn)象，在底部電池單元上以100nm的間距、基本等間距地配置鈀納米顆粒，然后通過等離子處理去除高分子材料。

接下來，剝離粘貼在這上面的頂部電池單元的基板，利用加重粘接法、即加壓粘接的方法與底部電池單元粘合。

此次實(shí)際試制了兩種太陽能電池。一種是GaInP、GaAs、InGaAsP、InGaAs四結(jié)太陽能電池，另一種是GaInP、GaAs、CIGS三結(jié)太陽能電池。

四結(jié)太陽能電池的底部電池單元是在InP基板上制作的InGaAs、InGaAsP雙結(jié)太陽能電池，頂部電池單元是在GaAs基板上制作的GaAs、GaInP雙結(jié)太陽能電池。剝離GaAs基板后，貼合兩個(gè)電池制作而成。太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率在不聚光時(shí)為30.4％，電池單元的尺寸約為5mm見方。

三結(jié)太陽能電池的底部電池單元是在玻璃基板上制作的CIGS類太陽能電池，頂部電池單元是在GaAs基板上制作的GaAs、GaInP雙結(jié)太陽能電池。剝離頂部電池單元的GaAs基板后，貼合兩個(gè)電池制作而成。轉(zhuǎn)換效率為24.2％，據(jù)產(chǎn)綜研介紹，“（轉(zhuǎn)換效率）在采用這種組合的太陽能電池中為世界最高值”。

這些技術(shù)中，將GaAs基板剝離后可進(jìn)行再利用。因此，尤其是后者的三結(jié)太陽能電池，能在實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，把價(jià)格降到與低成本CIGS類太陽能電池相同的水平。

產(chǎn)綜研表示，今后的課題是“對(duì)電池單元尺寸較大情況下的基板剝離技術(shù)和加重粘接法進(jìn)行優(yōu)化”。