夏普開發新構造的太陽能電池單元，開始參與高效率競爭

    鋰電世界  在2012年12月5～7日舉行的太陽能電池展會“PVJapan 2012”（千葉縣幕張Messe會展中心）上，各大公司圍繞太陽能電池的全球最高效率展開了競爭。其中，在結晶硅型太陽能電池領域，夏普開發出了采用新構造的電池單元，開始參與高效率競爭。

    在結晶硅型太陽能電池領域，此前一直都是SunPower和松下爭奪轉換效率最高值。SunPower采用將電極從單元表面去掉，只在背面形成電極的“背接觸”（背面電極）構造。這種構造能夠有效地防止表面電極遮住部分入射光，能夠增加電流量。該公司曾在2012年春季宣布成功開發出了單元轉換效率高達24％的單元。目前正在推進量產準備。

    追趕SunPower的松下，采用了在硅晶圓的表面和背面形成非晶硅層的“異質結”構造。這種構造可在表面和背面防止載流子復合，因此有望實現高電壓。研發階段的試制品實現了23.9％的單元轉換效率。

    而此次夏普開發的則是將電極從表面去掉，同時在表面和背面形成非晶硅層的單元。該公司在2011年開始在量產產品中采用背接觸構造，此次在此基礎上又融合了異質結構造（圖1）。雖然2cm見方小型單元的單元轉換效率僅為21.7％，不過夏普自信地表示，“這只是最初的試制結果，還有提高的空間”。

    PVJapan 2012現場

    圖1：旨在通過新構造實現高效率化

    夏普開發出了組合使用背接觸方式和異質結方式的新構造單元（a）。小面積單元的轉換效率目前為21.7％（b）。夏普計劃進一步實現高效率化。

　　夏普如此自信的依據是，該公司研發的新構造可以通過背接觸方式增加電流量，同時通過異質結方式實現高電壓。夏普準備利用這些優點趕超SunPower和松下。LG電子等過去也曾在學會上發布過關于組合使用背接觸方式和異質結方式的研究。而夏普在開發時就瞄準量產，并且已經試制出了普通尺寸的單元。

    全球最高效率不斷被刷新

    除了結晶硅型太陽能電池以外，化合物多接合型太陽能電池和CIS類太陽能電池也在PVJapan 2012上發布了轉換效率得到提高的成果。其中，在化合物多接合型太陽能電池領域，夏普憑借約1cm見方的小型單元，實現了非聚光時的全球最高單元轉換效率——37.7％（圖2）。在約一年的時間里，夏普將自己在2011年11月創造的36.9％的記錄提高了0.8個百分點。

    圖2：化合物多接合型單元的轉換效率達到37.7％

    夏普憑借化合物多接合型太陽能電池單元，實現了37.7％的轉換效率（a）。單元構造采用由頂層、中層和底層構成的三接合型（b）。在非聚光轉換效率中為全球最高值（c）。

    為轉換效率的提高作出貢獻的是單元邊緣處理方式的改進。此前一直采用的方法是，將吸收波長各不相同的三層光吸收層層疊起來，然后形成圖案，再通過濕法蝕刻（Wet Etching）對單元邊緣進行處理。由于濕法蝕刻具有各向同性，因此，上層的光吸收層被大量削去,單元變成梯形。上層被削去的部分無助于發電，因此成為轉換效率下降的一個因素。此次，夏普精細地調整了蝕刻液的成分和處理時間等，試著三層基本上都可以垂直蝕刻。由此，將短路電流密度從14.1mA/cm2提高至14.6mA/cm2。

    在CIS類太陽能電池方面，Solar Frontier憑借尺寸僅為0.481cm2的小型單元，實現了19.5％的單元轉換效率。雖然沒有公開為效率提高作出貢獻的技術詳情，不過已經得知，這一轉換效率是不使用鎘（Cd）的CIS類太陽能電池中全球最高的（圖3）。由于逼近使用鎘的CIS類太陽能電池的20.3％的最高轉換效率，因此估計很快就能實現真正的全球最高值。

    圖3：刷新無鎘CIS類太陽能電池的最高效率