晶體硅太陽能電池的單元轉(zhuǎn)換效率時隔15年刷新了最高值。晶體硅是太陽能電池目前的主流方式。此前的最高值是澳大利亞新南威爾士大學(xué)（University of New South Wales，UNSW）于1999年創(chuàng)下的25.0％，而松下此次創(chuàng)下了25.6％的新記錄（圖1）。

松下不單單是更新了最高值。UNSW的紀(jì)錄是在面積僅4cm2的小型單元實現(xiàn)的，而松下是在143.7cm2這一實用尺寸的太陽能電池單元上實現(xiàn)的。松下還試制了采用72枚該這種電池單元的模塊。結(jié)果，模塊輸出功率約為270W，比該公司的最新產(chǎn)品高出25W。



圖1：轉(zhuǎn)換效率超過25％

松下將晶體硅太陽能電池單元的單元轉(zhuǎn)換效率提高到了25.6％。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)松下的資料制作）

利用新結(jié)構(gòu)發(fā)起挑戰(zhàn)

晶體硅太陽能電池的理論效率約為29％，25～26％就基本到達(dá)極限了注1）。隨著松下實現(xiàn)極限范圍的轉(zhuǎn)換效率，晶體硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率能提高到什么程度受到了太陽能電池業(yè)界人士的關(guān)注。松下還計劃進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率，該公司的負(fù)責(zé)人表示，“接下來的目標(biāo)是實現(xiàn)26％。這個值應(yīng)該能實現(xiàn)”。

注1）在入射光的能源中，20～30％為透射損失，約30％為量子損失，約10％為載流子復(fù)合、表面反射損失及串聯(lián)電阻損失等。

與轉(zhuǎn)換效率的提高同時受到太陽能電池業(yè)界人士關(guān)注的，是實現(xiàn)25.6％這一轉(zhuǎn)換效率的電池單元結(jié)構(gòu)。松下此前一直采用在硅晶圓上形成非晶硅層的“異質(zhì)結(jié)”結(jié)構(gòu)。通過非晶硅層的效果抑制載流子復(fù)合，有助于提高電壓。在受光面和背面分別配置了電極。

而此次松下首次采用了保留部分異質(zhì)結(jié)、去掉受光面電極的“背接觸結(jié)構(gòu)”。由于去掉了遮擋光線的電極，因此能夠增加電流量。實際上，作為電流值目標(biāo)的短路電流密度較該公司2013年2月發(fā)布的異質(zhì)結(jié)單元得到提高（圖2）注2）。在利用異質(zhì)結(jié)保持高電壓的同時，通過背接觸結(jié)構(gòu)增加電流的手法為實現(xiàn)25.6％的轉(zhuǎn)換效率做出了貢獻(xiàn)。


圖2：以不同于以往的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)

松下通過在異質(zhì)結(jié)上組合使用背接觸的結(jié)構(gòu)，而非量產(chǎn)中采用的異質(zhì)結(jié)，實現(xiàn)了25.6％的單元轉(zhuǎn)換效率。（圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)松下的資料制作）
注2）但開路電壓下降。松下正在分析原因?？赡苁鞘艿搅司A厚度增加等的影響。

在融合異質(zhì)結(jié)和背接觸這兩種結(jié)構(gòu)上下功夫的不只是松下。夏普和韓國LG電子等也在推進(jìn)研究開發(fā)。其中，夏普利用小面積單元在2012年實現(xiàn)21.7％的單元轉(zhuǎn)換效率后，2013年快速提高到了24.7％。2014年4月，該公司又宣布實現(xiàn)了25.1％的效率注3）。由于超過25％的成果接連發(fā)布，估計該結(jié)構(gòu)的研究開發(fā)將越來越活躍。

注3）面積為3.72cm2，短路電流密度為41.7mA/cm2，開路電壓為0.736V，填充因子為81.9％。另外，夏普已經(jīng)在產(chǎn)品中實際應(yīng)用了背接觸結(jié)構(gòu)。

不過，松下目前尚未決定是否在產(chǎn)品中應(yīng)用這種新結(jié)構(gòu)。但“提高效率的方法增加了一種”（松下）。該公司從幾年前就開始推進(jìn)研究，此次終于實現(xiàn)了超過25％的轉(zhuǎn)換效率（圖3）。雖然轉(zhuǎn)換效率的提高潛力很高，但實際投產(chǎn)的話，需要在單元生產(chǎn)線上追加背面圖案工序等，或者改進(jìn)模塊工序注4）。



圖3：2014年2月的測量值

此次測量由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所于2014年2月14日實施，也就是“官方記錄”。（圖由松下提供）
注4）異質(zhì)結(jié)的正反面結(jié)構(gòu)對稱，應(yīng)力小，有利于實現(xiàn)薄型化。而采用背接觸結(jié)構(gòu)則失去了這個優(yōu)點，不過松下表示，“通過在單元結(jié)構(gòu)上下工夫，可控制應(yīng)力”。該公司還沒有著手推進(jìn)薄型化。此次采用了與量產(chǎn)產(chǎn)品基本相同的晶圓，因此厚度約為150μm。

松下目前正在繼續(xù)推進(jìn)異質(zhì)結(jié)單元的研究開發(fā)，該公司表示，“轉(zhuǎn)換效率有超過25％的潛力”。目前，較之于提高轉(zhuǎn)換效率，異質(zhì)結(jié)單元更注重用其來制造量產(chǎn)品。