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提高單晶硅型太陽能電池的效率有幾種方法。制造在實用中轉換效率最高的單晶硅型太陽能電池單元的美國SunPower公司采用背接觸構造。光的入射面不有采用任何布線，消除了布線陰影的影響（圖2）。SunPower在EU PVSEC上展示了模塊轉換效率達到世界最高值20.4％（單元轉換效率為22.4％）的產(chǎn)品，同時宣布“作為全球首款轉換效率超過20％的模塊，已被收入‘吉尼斯世界紀錄’”（注2）。
（注2）德國SCHOTT Solar在EU PVSEC上公開了多晶硅型太陽能電池中實現(xiàn)全球最高模塊轉換效率18.2％的產(chǎn)品。該公司在2010年的EU PVSEC上展示了轉換效率為17.6％的多晶硅型太陽能電池模塊，此次將這一記錄提高了0.6個百分點。轉換效率值是根據(jù)開口部（采光面積）計算得出的結果。
與SunPower公司圍繞高效率化展開激烈競爭的三洋電機的HIT（heterojunction with intrinsic thin layer）單元采用異質結構造*提高了效率。HIT通過在單晶硅的兩面形成非晶硅層來減少表面部分的缺陷，由此抑制表面再結合*。除此之外，還有雖然基本結構與普通單元相同，但設法抑制表面再結合的“PERL（passivated emitter and rear locally diffused）”單元，以及僅去掉了光入射面的粗布線，利用貫通電極將布線引到背面的金屬貫穿式背電極（Metal Wrap Through）構造等（注3）。
*異質結構造＝接合不同材料的構造。接合同種材料的構造稱為同質結構造。
*表面再結合＝載流子在表面的缺陷部分等消失的情況。
（注3）研發(fā)及生產(chǎn)基地位于中國的加拿大阿特斯（Canadian Solar）公司開發(fā)出了采用金屬貫穿式背電極構造的單晶硅型單元和多晶硅型單元，并在EU PVSEC上進行了展示。其中，單晶硅型的單元轉換效率為19.5％。該公司計劃2011年內量產(chǎn)供貨采用該單元構成的轉換效率為16.47％的模塊。
由于三洋電機持有的HIT基本專利于2010年失效，受此影響異質結構造的開發(fā)在全球活躍起來。在歐洲，德國Q-Cells等12家企業(yè)與研究機構共同推進了“HETSI（heterojunction solar cells based on a-Si：H/c-Si）”項目，并在EU PVSEC上發(fā)布了成果，即100cm2的單元實現(xiàn)了20.7％的轉換效率。
另外，德國制造設備廠商Roth & Rau發(fā)布了采用異質結構造實現(xiàn)20％左右轉換效率的研究成果，受到了關注。該公司的產(chǎn)品在研發(fā)生產(chǎn)線上達到了20.0％，在試產(chǎn)線上達到了19.65％的轉換效率。均為實用尺寸6英寸單元的成果。從轉換效率的走勢可以看出，在試產(chǎn)線上短時間內提高了轉換效率（圖3）。
Roth & Rau從2008年開始與瑞士大學洛桑聯(lián)邦理工學院（école Polytechnique Fédérale de Lausanne，EPFL）共同推進研究，通過將成果逐漸轉移到研發(fā)生產(chǎn)線和試產(chǎn)線上，在短時間內實現(xiàn)了高效率。該公司在展會上展出了由60枚異質結構造的單元構成的模塊，并宣布已接近實用水平。如果新興廠商導入該公司的交鑰匙方式設備，就會迎來可輕松制造異質結構造產(chǎn)品的時代。
此外，韓國LG電子組合異質結構造和背接觸構造，以2cm見方的小型單元實現(xiàn)了高達22.33％的轉換效率（圖4）。在背接觸構造背面的電極周邊采用異質結構造提高了轉換效率。
三洋電機領先一步
洋電機領先一步
針對制造設備廠商和新興廠商的追趕，異質結構造的鼻祖三洋電機展示了領先一步的產(chǎn)品，震驚了與會人員。該公司采用厚度只有98μm的薄型硅單元實現(xiàn)了23.7％的轉換效率（圖5）（注4）。
（注4）開路電壓為745mV，短路電流為3.966A，填充因子為80.9％。單元面積為100.7cm2。轉換效率的測量由得到廣泛認可的公共測量機構日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所于2011年5月31日實施。
三洋電機為提高轉換效率，在改進透明導電膜（TCO）提高空穴遷移率的同時，還改良布線部分降低了電阻值，減輕了布線陰影的影響，另外提高了短波長區(qū)域的光反應。由此，不但將該公司2009年9月發(fā)布的22.8％（厚度為98μm）的轉換效率提高了0.9個百分點，還超過了HIT單元目前的最高轉換效率23.0％（厚度為200μm以上）。
在EU PVSEC上發(fā)布后進行的答疑中，會場上提出了將上述成果用于普通厚度的單元時情況如何的提問。對此三洋電機回答，“由于在研發(fā)中一直致力于低成本化，因此并沒有在普通厚度的單元上嘗試此次的成果”。該公司好像已轉向在保證轉換效率的同時通過單元薄型化降低成本的研究。單晶硅型太陽能電池的轉換效率正在接近理論極限值，估計此舉是為了應對這一點。
今后，異質結構造的開發(fā)競爭會越來越激烈。原因正如三洋電機展示的那樣，異質結構造具有易于實現(xiàn)薄型化的優(yōu)點。這種構造兩面基本對稱，因此曲翹較少，可通過非晶硅層抑制普通單元中厚度越薄影響越大的表面再結合現(xiàn)象（注5）。
（注5）如果不是對稱構造，由于各種構成材料的熱膨脹系數(shù)等的差異，單元越薄越容易發(fā)生曲翹。（《日經(jīng)電子》記者：河合基伸、野澤哲生；硅谷支局：Phil Keys）
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| 圖2：在異質結和背接觸方面爭奪轉換效率首位寶座 在結晶硅型太陽能電池領域爭奪轉換效率首位寶座的三洋電機和SunPower分別采用了異質結構造和背接觸構造。研究階段的單元轉換效率約為24％。 |
（注2）德國SCHOTT Solar在EU PVSEC上公開了多晶硅型太陽能電池中實現(xiàn)全球最高模塊轉換效率18.2％的產(chǎn)品。該公司在2010年的EU PVSEC上展示了轉換效率為17.6％的多晶硅型太陽能電池模塊，此次將這一記錄提高了0.6個百分點。轉換效率值是根據(jù)開口部（采光面積）計算得出的結果。
與SunPower公司圍繞高效率化展開激烈競爭的三洋電機的HIT（heterojunction with intrinsic thin layer）單元采用異質結構造*提高了效率。HIT通過在單晶硅的兩面形成非晶硅層來減少表面部分的缺陷，由此抑制表面再結合*。除此之外，還有雖然基本結構與普通單元相同，但設法抑制表面再結合的“PERL（passivated emitter and rear locally diffused）”單元，以及僅去掉了光入射面的粗布線，利用貫通電極將布線引到背面的金屬貫穿式背電極（Metal Wrap Through）構造等（注3）。
*異質結構造＝接合不同材料的構造。接合同種材料的構造稱為同質結構造。
*表面再結合＝載流子在表面的缺陷部分等消失的情況。
（注3）研發(fā)及生產(chǎn)基地位于中國的加拿大阿特斯（Canadian Solar）公司開發(fā)出了采用金屬貫穿式背電極構造的單晶硅型單元和多晶硅型單元，并在EU PVSEC上進行了展示。其中，單晶硅型的單元轉換效率為19.5％。該公司計劃2011年內量產(chǎn)供貨采用該單元構成的轉換效率為16.47％的模塊。
由于三洋電機持有的HIT基本專利于2010年失效，受此影響異質結構造的開發(fā)在全球活躍起來。在歐洲，德國Q-Cells等12家企業(yè)與研究機構共同推進了“HETSI（heterojunction solar cells based on a-Si：H/c-Si）”項目，并在EU PVSEC上發(fā)布了成果，即100cm2的單元實現(xiàn)了20.7％的轉換效率。
另外，德國制造設備廠商Roth & Rau發(fā)布了采用異質結構造實現(xiàn)20％左右轉換效率的研究成果，受到了關注。該公司的產(chǎn)品在研發(fā)生產(chǎn)線上達到了20.0％，在試產(chǎn)線上達到了19.65％的轉換效率。均為實用尺寸6英寸單元的成果。從轉換效率的走勢可以看出，在試產(chǎn)線上短時間內提高了轉換效率（圖3）。
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| 圖3：使用交鑰匙方式設備制造異質結構造單元 制造設備廠商Roth & Rau利用6英寸晶圓研發(fā)生產(chǎn)線，使異質結構造單晶硅型單元的轉換效率達到了20.0％。在試產(chǎn)線上的效率為19.65％。還試制了由60枚單元構成的模塊。（圖由本刊根據(jù)Roth & Rau的資料制作） |
Roth & Rau從2008年開始與瑞士大學洛桑聯(lián)邦理工學院（école Polytechnique Fédérale de Lausanne，EPFL）共同推進研究，通過將成果逐漸轉移到研發(fā)生產(chǎn)線和試產(chǎn)線上，在短時間內實現(xiàn)了高效率。該公司在展會上展出了由60枚異質結構造的單元構成的模塊，并宣布已接近實用水平。如果新興廠商導入該公司的交鑰匙方式設備，就會迎來可輕松制造異質結構造產(chǎn)品的時代。
此外，韓國LG電子組合異質結構造和背接觸構造，以2cm見方的小型單元實現(xiàn)了高達22.33％的轉換效率（圖4）。在背接觸構造背面的電極周邊采用異質結構造提高了轉換效率。
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| 圖4：新興廠商也相繼研究新構造 LG電子發(fā)布了組合異質結構造和背接觸構造的單元研究成果（a）。阿特斯在金屬貫穿式背電極構造的單晶硅單元上實現(xiàn)了19.5％的轉換效率（b）。 |
三洋電機領先一步
洋電機領先一步
針對制造設備廠商和新興廠商的追趕，異質結構造的鼻祖三洋電機展示了領先一步的產(chǎn)品，震驚了與會人員。該公司采用厚度只有98μm的薄型硅單元實現(xiàn)了23.7％的轉換效率（圖5）（注4）。
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| 圖5：采用厚度為98μm的晶圓實現(xiàn)23.7％的轉換效率 三洋電機采用厚度只有98μm的硅晶圓實現(xiàn)了23.7％的單元轉換效率。目的是削減占制造成本約40％的晶圓成本。（圖由本刊根據(jù)三洋電機的資料制作） |
（注4）開路電壓為745mV，短路電流為3.966A，填充因子為80.9％。單元面積為100.7cm2。轉換效率的測量由得到廣泛認可的公共測量機構日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所于2011年5月31日實施。
三洋電機為提高轉換效率，在改進透明導電膜（TCO）提高空穴遷移率的同時，還改良布線部分降低了電阻值，減輕了布線陰影的影響，另外提高了短波長區(qū)域的光反應。由此，不但將該公司2009年9月發(fā)布的22.8％（厚度為98μm）的轉換效率提高了0.9個百分點，還超過了HIT單元目前的最高轉換效率23.0％（厚度為200μm以上）。
在EU PVSEC上發(fā)布后進行的答疑中，會場上提出了將上述成果用于普通厚度的單元時情況如何的提問。對此三洋電機回答，“由于在研發(fā)中一直致力于低成本化，因此并沒有在普通厚度的單元上嘗試此次的成果”。該公司好像已轉向在保證轉換效率的同時通過單元薄型化降低成本的研究。單晶硅型太陽能電池的轉換效率正在接近理論極限值，估計此舉是為了應對這一點。
今后，異質結構造的開發(fā)競爭會越來越激烈。原因正如三洋電機展示的那樣，異質結構造具有易于實現(xiàn)薄型化的優(yōu)點。這種構造兩面基本對稱，因此曲翹較少，可通過非晶硅層抑制普通單元中厚度越薄影響越大的表面再結合現(xiàn)象（注5）。
（注5）如果不是對稱構造，由于各種構成材料的熱膨脹系數(shù)等的差異，單元越薄越容易發(fā)生曲翹。（《日經(jīng)電子》記者：河合基伸、野澤哲生；硅谷支局：Phil Keys）
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