晶体硅太阳能电池转换效率,松下时隔15年刷新最高值

晶体硅太阳能电池的单元转换效率时隔15年刷新了最高值。晶体硅是太阳能电池目前的主流方式。此前的最高值是澳大利亚新南威尔士大学(University of New South Wales，UNSW)于1999年创下的25.0％，而松下此次创下了25.6％的新记录(图1)。

松下不单单是更新了最高值。UNSW的纪录是在面积仅4cm2的小型单元实现的，而松下是在143.7cm2这一实用尺寸的太阳能电池单元上实现的。松下还试制了采用72枚该这种电池单元的模块。结果，模块输出功率约为270W，比该公司的最新产品高出25W。

松下将晶体硅太阳能电池单元的单元转换效率提高到了25.6％。(图由《日经电子》根据松下的资料制作)

利用新结构发起挑战

晶体硅太阳能电池的理论效率约为29％，25～26％就基本到达极限了注1)。随着松下实现极限范围的转换效率，晶体硅太阳能电池的转换效率能提高到什么程度受到了太阳能电池业界人士的关注。松下还计划进一步提高转换效率，该公司的负责人表示，“接下来的目标是实现26％。这个值应该能实现”。

注1)在入射光的能源中，20～30％为透射损失，约30％为量子损失，约10％为载流子复合、表面反射损失及串联电阻损失等。

与转换效率的提高同时受到太阳能电池业界人士关注的，是实现25.6％这一转换效率的电池单元结构。松下此前一直采用在硅晶圆上形成非晶硅层的“异质结”结构。通过非晶硅层的效果抑制载流子复合，有助于提高电压。在受光面和背面分别配置了电极。

而此次松下首次采用了保留部分异质结、去掉受光面电极的“背接触结构”。由于去掉了遮挡光线的电极，因此能够增加电流量。实际上，作为电流值目标的短路电流密度较该公司2013年2月发布的异质结单元得到提高(图2)注2)。在利用异质结保持高电压的同时，通过背接触结构增加电流的手法为实现25.6％的转换效率做出了贡献。

松下通过在异质结上组合使用背接触的结构，而非量产中采用的异质结，实现了25.6％的单元转换效率。(图由《日经电子》根据松下的资料制作)

注2)但开路电压下降。松下正在分析原因。可能是受到了晶圆厚度增加等的影响。

夏普的转换效率也超过25％

在融合异质结和背接触这两种结构上下功夫的不只是松下。夏普和韩国LG电子等也在推进研究开发。其中，夏普利用小面积单元在2012年实现21.7％的单元转换效率后，2013年快速提高到了24.7％。2014年4月，该公司又宣布实现了25.1％的效率注3)。由于超过25％的成果接连发布，估计该结构的研究开发将越来越活跃。

注3)面积为3.72cm2，短路电流密度为41.7mA/cm2，开路电压为0.736V，填充因子为81.9％。另外，夏普已经在产品中实际应用了背接触结构。

不过，松下目前尚未决定是否在产品中应用这种新结构。但“提高效率的方法增加了一种”(松下)。该公司从几年前就开始推进研究，此次终于实现了超过25％的转换效率(图3)。虽然转换效率的提高潜力很高，但实际投产的话，需要在单元生产线上追加背面图案工序等，或者改进模块工序注4)。

此次测量由日本产业技术综合研究所于2014年2月14日实施，也就是“官方记录”。(图由松下提供)

注4)异质结的正反面结构对称，应力小，有利于实现薄型化。而采用背接触结构则失去了这个优点，不过松下表示，“通过在单元结构上下工夫，可控制应力”。该公司还没有着手推进薄型化。此次采用了与量产产品基本相同的晶圆，因此厚度约为150μm。