夏普以35.8％刷新太陽能電池轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄

2009年10月29日2009年10月29日

“效率已接近內(nèi)燃機(jī)。這是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率破50％的理想太陽能電池進(jìn)程中的一個(gè)重大突破”（夏普）。日前，夏普把太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的最高紀(jì)錄提高到了35.8％。如果以1000倍進(jìn)行聚光，轉(zhuǎn)換效率還有望達(dá)到45％。

夏普的技術(shù)人員正在進(jìn)行新一輪的開發(fā)。目標(biāo)是以1/10的成本，使非聚光時(shí)的單元轉(zhuǎn)換效率超越40％。以超越40％為目標(biāo)加緊開發(fā)的并非夏普一家。為了實(shí)現(xiàn)高效太陽能電池，有關(guān)技術(shù)開發(fā)競爭正越來越活躍。

在此之前，最高轉(zhuǎn)換效率是美國NREL（NaTIonalRenewableEnergyLaboratory）于2007年創(chuàng)造的33.8％。聚光條件下的最高效率則是美國Spectrolab剛剛在2009年10月的學(xué)會(huì)上發(fā)布的41.6％。包括夏普此次的成果在內(nèi)，創(chuàng)造紀(jì)錄的全部為三結(jié)合式化合物的多結(jié)太陽能電池。

把太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率提高至極限需要組合帶隙不同的材料，以便充分利用各個(gè)波長的光線。過去夏普注重制造的簡單性，選擇了晶格常數(shù)接近的材料。即頂單元（三結(jié)結(jié)構(gòu)的上層）為InGap，中單元（同上，中層）為InGaAs，底單元（同上，下層）為Ge，底板為Ge。

此次，夏普以優(yōu)化帶隙為先，底單元的Ge（帶隙為0.67eV）由InGaAs（同上，0.97eV）替代，采用了InGap（頂）、GaAs（中）、InGaAs（底）、GaAs底板的組合。因此，按照從頂層到底層的順序，波長從短到長的光線都能夠有效地應(yīng)用于發(fā)電。

通過逆向?qū)盈B解決課題

這種組合存在InGap的晶格常數(shù)與GaAs底板及其他層差異較大的課題。該現(xiàn)象會(huì)誘發(fā)晶體缺陷，難以實(shí)現(xiàn)高效率。為此，夏普掉轉(zhuǎn)了過去的成膜順序，通過采用從InGap（頂）開始依次成膜的“逆向?qū)盈B形成法”，使晶格常數(shù)與GaAs底板基本達(dá)到了一致。通過在晶格常數(shù)不同的GaAs（中）與InGaAs（底）之間插入緩沖層，抑制了缺陷的產(chǎn)生。考慮到透射波長，緩沖層與頂層同為InGap。

在使用逆向?qū)盈B形成法從InGap（頂）開始依次疊加至InGaAs（底）后，3層需要與GaAs底板分離，InGaAs（底）層朝下轉(zhuǎn)印至Si底板上。使InGap層處于表面方向。與Si底板接合使用的是“類似于焊錫的材料”（夏普）。

除了高效化，該方法在未來還能夠降低成本。GaAs底板分離工序目前使用的是刮除GaAs底板的方法。如果在未來能夠利用插入剝離層、向希望剝離的部分實(shí)施離子注入等方法完成該工序，那么，GaAs底板將有望實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。由于GaAs底板價(jià)格非常昂貴，因此，該方法的實(shí)現(xiàn)能夠大幅降低成本。

借助以上改進(jìn)，“比晶體Si型高2位數(shù)”的制造成本有望降低到現(xiàn)在的1/10。其用途目前僅限于人造衛(wèi)星，但隨著成本的降低，今后還可能拓展至其他領(lǐng)域。

轉(zhuǎn)換效率的提升不會(huì)就此停止。夏普計(jì)劃在2025年開發(fā)出單元轉(zhuǎn)換效率為40％，1000倍聚光時(shí)的轉(zhuǎn)換效率為50％的革命性太陽能電池。通過在InGaAs（底）下方增設(shè)新層，實(shí)現(xiàn)4結(jié)式化合物多結(jié)太陽能電池。制造方法仍為此次的逆向?qū)盈B形成法。除帶隙不同的材料外，利用量子點(diǎn)的帶隙控制層也有望成為新層。

韓國LG與臺(tái)灣友達(dá)光電（AUO）預(yù)定在“GreenDevice2009Forum”（10/28～10/30）上召開旨在探討太陽能電池業(yè)務(wù)及技術(shù)戰(zhàn)略的太陽能電池研討會(huì)。