日本轉換效率24.2%的多結太陽能電池問世

2020-12-05 索比光伏網

日本產業技術綜合研究所（AIST，簡稱產綜研）2014年6月24日在「AIST光伏發電研究成果報告會2014」上宣布開發出了「Smart Stack」技術，可粘合由異種半導體構成的太陽能電池的pn層。利用該技術可在Si類和CIGS類太陽能電池上層積III-V族pn結，因此能夠以低成本製造高效率的太陽能電池。

開發該技術的是AIST光伏發電工程研究中心的先進多結器件小組。該小組製作了在CIGS類太陽能電池上層疊GaAs和GaInP雙結太陽能電池的發電元件，確認可獲得24.2％的轉換效率。

四結以上的多結太陽能電池由於晶格常數不同等原因，很難利用以往的晶體生長技術製作。因此，該研究小組開始開發不利用晶體生長，而是對分別製作的電池單元進行物理粘合的「Mechanical Stack」技術。

產綜研的Smart Stack技術也屬於這樣的技術。Smart Stack和Mechanical stack的最大的不同是，在粘合面以1×1010個/cm2的密度配置直徑為50nm的鈀顆粒。由此，無需像以前的Mechanical stack那樣對電子束和等離子的貼合面進行表面處理，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，然後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。

此次實際試製了兩種太陽能電池。一種是GaInP、GaAs、InGaAsP、InGaAs四結太陽能電池，另一種是GaInP、GaAs、CIGS三結太陽能電池。

四結太陽能電池的底部電池單元是在InP基板上製作的InGaAs、InGaAsP雙結太陽能電池，頂部電池單元是在GaAs基板上製作的GaAs、GaInP雙結太陽能電池。剝離GaAs基板後，貼合兩個電池製作而成。太陽能電池的轉換效率在不聚光時為30.4％，電池單元的尺寸約為5mm見方。

三結太陽能電池的底部電池單元是在玻璃基板上製作的CIGS類太陽能電池，頂部電池單元是在GaAs基板上製作的GaAs、GaInP雙結太陽能電池。剝離頂部電池單元的GaAs基板後，貼合兩個電池製作而成。轉換效率為24.2％，據產綜研介紹，「（轉換效率）在採用這種組合的太陽能電池中為世界最高值」。

這些技術中，將GaAs基板剝離後可進行再利用。因此，尤其是後者的三結太陽能電池，能在實現高轉換效率的同時，把價格降到與低成本CIGS類太陽能電池相同的水平。

產綜研表示，今後的課題是「對電池單元尺寸較大情況下的基板剝離技術和加重粘接法進行優化」。（記者：野澤 哲生，《日經電子》） 

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