日本轉換效率24.2％的多結太陽能電池問世

日本產業技術綜合研究所（AIST，簡稱產綜研）2014年六月二十四日在AIST光伏發電研究成果報告會2014上宣布開發出了SmartStack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，因此能夠以低成本制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。該小組制作了在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于晶格常數不同等原由，很難利用以往的晶體生長技術制作。因此，該研究小組開始開發不利用晶體生長，而是對分別制作的電池單元進行物理粘合的MechanicalStack技術。

產綜研的SmartStack技術也屬于這樣的技術。SmartStack和Mechanicalstack的最大的不同是，在粘合面以11010個/cm2的密度配置直徑為50nm的鈀顆粒。由此，無需像往日的Mechanicalstack那樣對電子束和等離子的貼合面進行表面解決，所需的表面平坦性也由1nm以下大幅放寬到10nm左右。

詳盡來說，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，然后通過等離子解決去除高分子材料。

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、即加壓粘接的辦法與底部電池單元粘合。

此次實際試制了兩種太陽能電池。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基板上制作的InGaAs、InGaAsP雙結太陽能電池，頂部電池單元是在GaAs基板上制作的GaAs、GaInP雙結太陽能電池。剝離GaAs基板后，貼合兩個電池制作而成。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雙結太陽能電池。剝離頂部電池單元的GaAs基板后，貼合兩個電池制作而成。轉換效率為24.2％，據產綜研解析，（轉換效率）在采用這種組合的太陽能電池中為世界最高值。

這些技術中，將GaAs基板剝離后可進行再利用。因此，尤其是后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，今后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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