鉅大LARGE | 點擊量:896次 | 2020年04月22日
東京大學開發SR-V法以提高多結光伏儲能電池效率
化合物多結型太陽能電池在聚光照射的條件下,單元轉換效率可達到40%以上。為了進一步提高其轉換效率,東京大學的岡田研究室和從事檢測裝置等業務的Takano公司聯合開發出了新的評測方法SR-V法。該方法以實現聚光時單元轉換效率達到50%強的理論值為目標,化合物多結型光伏電池的開發速度有望進一步加快。
化合物多結型光伏電池的效率之所以較高,是因為重疊了具有不同帶隙的材料,能充分利用廣泛波長范圍的太陽光。比如,2013年5月夏普研發的達到44.4%的全球最高單元轉換效率的單元,就是重疊了InGaAs、GaAs和InGaP三種子單元的三結型注1)電池。
但由于化合物多結型光伏電池是在真空中連續形成薄膜,即便能夠測量最終制成的整個光伏電池的特性,但也無法準確測量各子單元的特性,這是化合物多結型光伏電池面臨的一個課題。
化合物多結型光伏電池是將各個子單元串聯起來,因此,電流量最小的子單元會限制整體的電流量。如果無法準確測量各子單元的特性,就很難對其進行調整。以前只能根據整體的I-V特性及各子單元的光譜靈敏度等,推測各子單元的特性,然后再確定開發方針。
此次,東京大學和Takano開發出了可解決這一問題的測評方法。除了化合物多結型光伏電池以外,有機類及薄膜硅型等產品也在推進多結化,估計新的測評方法能為多種方式的光伏電池的開發作出貢獻。
根據測量值計算
SR-V法可在不連續地照射與被測子單元相對應的光的同時,通過改變偏壓來測量電流值。與此同時,還會預先連續照射與被測對象以外的子單元相對應的光(圖1)。對每個子單元都要反復進行這一操作。
然后,再根據獲得的各個子單元的偏壓和電流值測量結果,計算出各子單元的串聯電阻和并聯電阻等特性。具體方法是,在適當地確定串聯電阻等特性值之后,將據此推定的偏壓和電流值的關系與實際測量結果比較,然后修改特性值以使二者之間的誤差縮小。反復進行這一操作,直到誤差變得足夠小之后,再利用Powell混合法計算特性值。如果使用電腦,雙結型光伏電池的計算可在約10個小時內完成。據東京大學介紹,此次根據獲得的數據計算出了整體的I-V特性,其結果與實驗值基本一致。
圖1通過改變偏壓來測量照射與被測子單元對應的單色光、同時改變偏壓,從而測量電流值的變化。根據獲得的數據,計算出各子單元的特性。
從SR-V法獲得的特性來看,很多信息都是以前的測評方法和美國可再生能源實驗室(NREL)等最近開發的測評方法所無法獲得的(表1)。東京大學先進科學技術研究中心新能源領域岡田研究室特聘副教授曽我部東馬介紹說,根據新查明的特性值,可以找到子單元的結晶性及膜厚等方面的改進點,能夠使化合物多結型光伏電池的轉換效率提高1~2個百分點。
除了研發用途之外,新的測評方法還有望用于產品檢查用途。用新方法測評其他國家廠商的化合物多結型光伏電池晶圓時發現,位于晶圓面內不同位置的子單元之間的特性存在偏差(圖2),而采用原來測量整體I-V特性的方法時,則看不到這一特性差別。據東京大學介紹,這種特性不均有可能會對光伏電池的長期可靠性造成影響。
圖2還可應用于產品檢查用途檢查出了某海外廠商的化合物多結型光伏電池晶圓面內的特性不均問題。各個單元之間特性存在差別,發現了結晶性等存在問題的單元。