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[交流] 【其他】夏普以35.8％刷新太阳能电池转换效率纪录，新目标剑指40％

夏普以35.8％刷新太阳能电池转换效率纪录，新目标剑指40％

2009/10/29 00:00
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图1：实现35.8％的单元转换效率（非聚光）(点击放大)

图2：短路电流（Isc）为12.27mA，开路电压（Voc）为3.012V，填充因子（F.F.）为85.3％。日本产业技术综合研究所测定。(点击放大)

图3：使用逆向层叠形成法(点击放大)

图4：到2025年使单元转换效率达到40％(点击放大)　　“效率已接近内燃机。这是实现转换效率破50％的理想太阳能电池进程中的一个重大突破”（夏普）。日前，夏普把太阳能电池转换效率的最高纪录提高到了35.8％。如果以1000倍进行聚光，转换效率还有望达到45％。
　　夏普的技术人员正在进行新一轮的开发。目标是以1/10的成本，使非聚光时的单元转换效率超越40％。以超越40％为目标加紧开发的并非夏普一家。为了实现高效太阳能电池，有关技术开发竞争正越来越活跃。
　　在此之前，最高转换效率是美国NREL（National Renewable Energy Laboratory）于2007年创造的33.8％。聚光条件下的最高效率则是美国Spectrolab刚刚在2009年10月的学会上发布的41.6％。包括夏普此次的成果在内，创造纪录的全部为三结合式化合物的多结太阳能电池。
　　把太阳能电池的转换效率提高至极限需要组合带隙不同的材料，以便充分利用各个波长的光线。过去夏普注重制造的简单性，选择了晶格常数接近的材料。即顶单元（三结结构的上层）为InGaP，中单元（同上，中层）为InGaAs，底单元（同上，下层）为Ge，底板为Ge。
　　此次，夏普以优化带隙为先，底单元的Ge（带隙为0.67eV）由InGaAs（同上，0.97eV）替代，采用了InGaP（顶）、GaAs（中）、InGaAs（底）、GaAs底板的组合。因此，按照从顶层到底层的顺序，波长从短到长的光线都能够有效地应用于发电。
通过逆向层叠解决课题
　　这种组合存在InGaP的晶格常数与GaAs底板及其他层差异较大的课题。该现象会诱发晶体缺陷，难以实现高效率。为此，夏普掉转了过去的成膜顺序，通过采用从InGaP（顶）开始依次成膜的“逆向层叠形成法”，使晶格常数与GaAs底板基本达到了一致。通过在晶格常数不同的GaAs（中）与InGaAs（底）之间插入缓冲层，抑制了缺陷的产生。考虑到透射波长，缓冲层与顶层同为InGaP。
　　在使用逆向层叠形成法从InGaP（顶）开始依次叠加至InGaAs（底）后，3层需要与GaAs底板分离，InGaAs（底）层朝下转印至Si底板上。使InGaP层处于表面方向。与Si底板接合使用的是“类似于焊锡的材料”（夏普）。
　　除了高效化，该方法在未来还能够降低成本。GaAs底板分离工序目前使用的是刮除GaAs底板的方法。如果在未来能够利用插入剥离层、向希望剥离的部分实施离子注入等方法完成该工序，那么，GaAs底板将有望实现重复利用。由于GaAs底板价格非常昂贵，因此，该方法的实现能够大幅降低成本。
　　借助以上改进，“比晶体Si型高2位数”的制造成本有望降低到现在的1/10。其用途目前仅限于人造卫星，但随着成本的降低，今后还可能拓展至其他领域。
　　转换效率的提升不会就此停止。夏普计划在2025年开发出单元转换效率为40％，1000倍聚光时的转换效率为50％的革命性太阳能电池。通过在InGaAs（底）下方增设新层，实现4结式化合物多结太阳能电池。制造方法仍为此次的逆向层叠形成法。除带隙不同的材料外，利用量子点的带隙控制层也有望成为新层。
　　韩国LG与台湾友达光电（AUO）预定在“Green Device 2009 Forum”（10/28～10/30）上召开旨在探讨太阳能电池业务及技术战略的太阳能电池研讨会。（记者：河合基伸）
■日文原文
変換効率35.8％のシャープの太陽電池，コスト1/10，効率40％も視野に

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