松下刷新晶體硅太陽能電池轉換效率

    鋰電世界    5月14日，晶體硅太陽能電池的單元轉換效率時隔15年刷新了最高值。晶體硅是太陽能電池目前的主流方式。此前的最高值是澳大利亞新南威爾士大學(Universityof New South Wales，UNSW)于1999年創下的25.0%，而松下此次創下了25.6%的新記錄。

    松下不單單是更新了最高值。UNSW的紀錄是在面積僅4cm2的小型單元實現的，而松下是在143.7cm2這一實用尺寸的太陽能電池單元上實現的。松下還試制了采用72枚該這種電池單元的模塊。結果，模塊輸出功率約為270W，比該公司的最新產品高出25W。

    松下將晶體硅太陽能電池單元的單元轉換效率提高到了25.6%

    利用新結構發起挑戰

    晶體硅太陽能電池的理論效率約為29%，25～26%就基本到達極限了注1)。隨著松下實現極限范圍的轉換效率，晶體硅太陽能電池的轉換效率能提高到什么程度受到了太陽能電池業界人士的關注。松下還計劃進一步提高轉換效率，該公司的負責人表示，“接下來的目標是實現26%。這個值應該能實現”。

    注1)在入射光的能源中，20～30%為透射損失，約30%為量子損失，約10%為載流子復合、表面反射損失及串聯電阻損失等。

    與轉換效率的提高同時受到太陽能電池業界人士關注的，是實現25.6%這一轉換效率的電池單元結構。松下此前一直采用在硅晶圓上形成非晶硅層的“異質結”結構。通過非晶硅層的效果抑制載流子復合，有助于提高電壓。在受光面和背面分別配置了電極。

    而此次松下首次采用了保留部分異質結、去掉受光面電極的“背接觸結構”。由于去掉了遮擋光線的電極，因此能夠增加電流量。實際上，作為電流值目標的短路電流密度較該公司2013年2月發布的異質結單元得到提高。在利用異質結保持高電壓的同時，通過背接觸結構增加電流的手法為實現25.6%的轉換效率做出了貢獻。

    松下通過在異質結上組合使用背接觸的結構，而非量產中采用的異質結，實現了25.6%的單元轉換效率。

    注2)但開路電壓下降。松下正在分析原因。可能是受到了晶圓厚度增加等的影響。

    在融合異質結和背接觸這兩種結構上下功夫的不只是松下。夏普和韓國LG電子等也在推進研究開發。其中，夏普利用小面積單元在2012年實現21.7%的單元轉換效率后，2013年快速提高到了24.7%。2014年4月，該公司又宣布實現了25.1%的效率注3)。由于超過25%的成果接連發布，估計該結構的研究開發將越來越活躍。

    注3)面積為3.72cm2，短路電流密度為41.7mA/cm2，開路電壓為0.736V，填充因子為81.9%。另外，夏普已經在產品中實際應用了背接觸結構。

    不過，松下目前尚未決定是否在產品中應用這種新結構。但“提高效率的方法增加了一種”(松下)。該公司從幾年前就開始推進研究，此次終于實現了超過25%的轉換效率。雖然轉換效率的提高潛力很高，但實際投產的話，需要在單元生產線上追加背面圖案工序等，或者改進模塊工序注4)。

    此次測量由日本產業技術綜合研究所于2014年2月14日實施，也就是“官方記錄”

    注4)異質結的正反面結構對稱，應力小，有利于實現薄型化。而采用背接觸結構則失去了這個優點，不過松下表示，“通過在單元結構上下工夫，可控制應力”。該公司還沒有著手推進薄型化。此次采用了與量產產品基本相同的晶圓，因此厚度約為150μm。

    松下目前正在繼續推進異質結單元的研究開發，該公司表示，“轉換效率有超過25%的潛力”。目前，較之于提高轉換效率，異質結單元更注重用其來制造量產品。