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夏普以35.8%刷新太阳能电池转换效率纪录,新目标剑指40%
http://cn.newmaker.com 10/29/2009 8:51:00 PM  日经BP社
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太阳能发电机, 光伏发电设备, 风光互补发电系统, 多晶硅生产设备, ...
“效率已接近内燃机。这是实现转换效率破50%的理想太阳能电池进程中的一个重大突破”(夏普)。日前,夏普把太阳能电池转换效率的最高纪录提高到了35.8%。如果以1000倍进行聚光,转换效率还有望达到45%。

夏普的技术人员正在进行新一轮的开发。目标是以1/10的成本,使非聚光时的单元转换效率超越40%。以超越40%为目标加紧开发的并非夏普一家。为了实现高效太阳能电池,有关技术开发竞争正越来越活跃。

在此之前,最高转换效率是美国NREL(National Renewable Energy Laboratory)于2007年创造的33.8%。聚光条件下的最高效率则是美国Spectrolab刚刚在2009年10月的学会上发布的41.6%。包括夏普此次的成果在内,创造纪录的全部为三结合式化合物的多结太阳能电池。

把太阳能电池的转换效率提高至极限需要组合带隙不同的材料,以便充分利用各个波长的光线。过去夏普注重制造的简单性,选择了晶格常数接近的材料。即顶单元(三结结构的上层)为InGaP,中单元(同上,中层)为InGaAs,底单元(同上,下层)为Ge,底板为Ge。

此次,夏普以优化带隙为先,底单元的Ge(带隙为0.67eV)由InGaAs(同上,0.97eV)替代,采用了InGaP(顶)、GaAs(中)、InGaAs(底)、GaAs底板的组合。因此,按照从顶层到底层的顺序,波长从短到长的光线都能够有效地应用于发电。

通过逆向层叠解决课题

这种组合存在InGaP的晶格常数与GaAs底板及其他层差异较大的课题。该现象会诱发晶体缺陷,难以实现高效率。为此,夏普掉转了过去的成膜顺序,通过采用从InGaP(顶)开始依次成膜的“逆向层叠形成法”,使晶格常数与GaAs底板基本达到了一致。通过在晶格常数不同的GaAs(中)与InGaAs(底)之间插入缓冲层,抑制了缺陷的产生。考虑到透射波长,缓冲层与顶层同为InGaP。

在使用逆向层叠形成法从InGaP(顶)开始依次叠加至InGaAs(底)后,3层需要与GaAs底板分离,InGaAs(底)层朝下转印至Si底板上。使InGaP层处于表面方向。与Si底板接合使用的是“类似于焊锡的材料”(夏普)。

除了高效化,该方法在未来还能够降低成本。GaAs底板分离工序目前使用的是刮除GaAs底板的方法。如果在未来能够利用插入剥离层、向希望剥离的部分实施离子注入等方法完成该工序,那么,GaAs底板将有望实现重复利用。由于GaAs底板价格非常昂贵,因此,该方法的实现能够大幅降低成本。

借助以上改进,“比晶体Si型高2位数”的制造成本有望降低到现在的1/10。其用途目前仅限于人造卫星,但随着成本的降低,今后还可能拓展至其他领域。

转换效率的提升不会就此停止。夏普计划在2025年开发出单元转换效率为40%,1000倍聚光时的转换效率为50%的革命性太阳能电池。通过在InGaAs(底)下方增设新层,实现4结式化合物多结太阳能电池。制造方法仍为此次的逆向层叠形成法。除带隙不同的材料外,利用量子点的带隙控制层也有望成为新层。

韩国LG与台湾友达光电(AUO)预定在“Green Device 2009 Forum”(10/28~10/30)上召开旨在探讨太阳能电池业务及技术战略的太阳能电池研讨会。

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