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夏普以35.8%刷新太陽能電池轉換效
夏普以35.8%刷新太陽能電池轉換效率紀錄
2009年10月29日2009年10月29日
“效率已接近內燃機。這是實現轉換效率破50%的理想太陽能電池進程中的一個重大突破”(夏普)。日前,夏普把太陽能電池轉換效率的最高紀錄提高到了35.8%。如果以1000倍進行聚光,轉換效率還有望達到45%。
夏普的技術人員正在進行新一輪的開發。目標是以1/10的成本,使非聚光時的單元轉換效率超越40%。以超越40%為目標加緊開發的并非夏普一家。為了實現高效太陽能電池,有關技術開發競爭正越來越活躍。
在此之前,最高轉換效率是美國NREL(NaTIonalRenewableEnergyLaboratory)于2007年創造的33.8%。聚光條件下的最高效率則是美國Spectrolab剛剛在2009年10月的學會上發布的41.6%。包括夏普此次的成果在內,創造紀錄的全部為三結合式化合物的多結太陽能電池。
把太陽能電池的轉換效率提高至極限需要組合帶隙不同的材料,以便充分利用各個波長的光線。過去夏普注重制造的簡單性,選擇了晶格常數接近的材料。即頂單元(三結結構的上層)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用于發電。
通過逆向層疊解決課題
這種組合存在InGap的晶格常數與GaAs底板及其他層差異較大的課題。該現象會誘發晶體缺陷,難以實現高效率。為此,夏普掉轉了過去的成膜順序,通過采用從InGap(頂)開始依次成膜的“逆向層疊形成法”,使晶格常數與GaAs底板基本達到了一致。通過在晶格常數不同的GaAs(中)與InGaAs(底)之間插入緩沖層,抑制了缺陷的產生。考慮到透射波長,緩沖層與頂層同為InGap。
在使用逆向層疊形成法從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施離子注入等方法完成該工序,那么,GaAs底板將有望實現重復利用。由于GaAs底板價格非常昂貴,因此,該方法的實現能夠大幅降低成本。
借助以上改進,“比晶體Si型高2位數”的制造成本有望降低到現在的1/10。其用途目前僅限于人造衛星,但隨著成本的降低,今后還可能拓展至其他領域。
轉換效率的提升不會就此停止。夏普計劃在2025年開發出單元轉換效率為40%,1000倍聚光時的轉換效率為50%的革命性太陽能電池。通過在InGaAs(底)下方增設新層,實現4結式化合物多結太陽能電池。制造方法仍為此次的逆向層疊形成法。除帶隙不同的材料外,利用量子點的帶隙控制層也有望成為新層。
韓國LG與臺灣友達光電(AUO)預定在“GreenDevice2009Forum”(10/28~10/30)上召開旨在探討太陽能電池業務及技術戰略的太陽能電池研討會。
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