日本开发出低成本制造高效率多结太阳能电池的技术,转换效率达24.2%。

日本产业技术综合研究所(AIST,简称产综研)2014年6月24日在“AIST光伏发电研究成果报告会2014”上宣布开发出了“SmartStack”技术,可粘合由异种半导体构成的太阳能电池的pn层。利用该技术可在Si类和CIGS类太阳能电池上层积III-V族pn结,因此能够以低成本制造高效率的太阳能电池。

开发该技术的是AIST光伏发电工程研究中心的先进多结器件小组。该小组制作了在CIGS类太阳能电池上层叠GaAs和GaInP双结太阳能电池的发电元件,确认可获得24.2%的转换效率。

四结以上的多结太阳能电池由于晶格常数不同等原因,很难利用以往的晶体生长技术制作。因此,该研究小组开始开发不利用晶体生长,而是对分别制作的电池单元进行物理粘合的“MechanicalStack”技术(参阅本站报道)。

产综研的SmartStack技术也属于这样的技术。SmartStack和Mechanicalstack的最大的不同是,在粘合面以1×1010个/cm2的密度配置直径为50nm的钯颗粒。由此,无需像以前的Mechanicalstack那样对电子束和等离子的贴合面进行表面处理,所需的表面平坦性也由1nm以下大幅放宽到10nm左右。

具体来说,就是利用聚苯乙烯等高分子材料的自组织现象,在底部电池单元上以100nm的间距、基本等间距地配置钯纳米颗粒,然后通过等离子处理去除高分子材料。

接下来,剥离粘贴在这上面的顶部电池单元的基板,利用加重粘接法、即加压粘接的方法与底部电池单元粘合。

此次实际试制了两种太阳能电池。一种是GaInP、GaAs、InGaAsP、InGaAs四结太阳能电池,另一种是GaInP、GaAs、CIGS三结太阳能电池。

四结太阳能电池的底部电池单元是在InP基板上制作的InGaAs、InGaAsP双结太阳能电池,顶部电池单元是在GaAs基板上制作的GaAs、GaInP双结太阳能电池。剥离GaAs基板后,贴合两个电池制作而成。太阳能电池的转换效率在不聚光时为30.4%,电池单元的尺寸约为5mm见方。

三结太阳能电池的底部电池单元是在玻璃基板上制作的CIGS类太阳能电池,顶部电池单元是在GaAs基板上制作的GaAs、GaInP双结太阳能电池。剥离顶部电池单元的GaAs基板后,贴合两个电池制作而成。转换效率为24.2%,据产综研介绍,“(转换效率)在采用这种组合的太阳能电池中为世界最高值”。

这些技术中,将GaAs基板剥离后可进行再利用。因此,尤其是后者的三结太阳能电池,能在实现高转换效率的同时,把价格降到与低成本CIGS类太阳能电池相同的水平。

产综研表示,今后的课题是“对电池单元尺寸较大情况下的基板剥离技术和加重粘接法进行优化”。

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