日本研发转换效率达24.2％的多结太阳能电池技术

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11010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。（记者：野泽哲生，《日经电子》）