新的硅太陽能電池之王誕生了。

位于大阪的合成樹脂及塑料制造商鐘化集團公司（Kaneka Corp）的研究人員已經研制出了轉換效率達到破紀錄的26.3%（比之前的紀錄提高了0.7%）的單晶體硅異質結太陽能電池。雖然看上去也許并未提高很多，但考慮到這類電池（其產量按千兆瓦計算占到年度全球產量的1/4）的理論極限效率僅為29%，這真的是一大進步了。

鐘化是日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）的項目成員之一。該機構是一個政府實體，成立目的是幫助開發和推廣新能源技術。

在生產新型的180平方厘米的原型電池的過程中，鐘化改進了NEDO推廣的若干技術。其中最主要的是鐘化的專利技術——異質結。它能夠減少重組（或者說電阻性損耗），使太陽能電池中的正負電荷結合從而產生熱量，而不是讓它們從設備中跑出來產生電。

此外，鐘化還改進了太陽能電池的叉指式電極的能量收集效率。不僅如此，該公司還將電極格柵從電池的前端——受光區域——移動到后端，使更多的太陽光能夠進入電池。

同為該NEDO項目成員的公司，同時也是之前的144平方厘米太陽能電池組能量轉換率紀錄（25.6%，2014年）的保持者——松下集團，也在其設備中采用了同樣的關鍵特性。

“不過，材料類型、生產過程和可供選擇的架構都是多種多樣的。”鐘化新太陽能電池研究團隊中的一員吉川訓太（Kunta Yoshikawa）說，“我們是通過開發自己的（化學氣相淀積）技術、光學管理和電氣接觸技術來實現26.3%的轉化效率。”

公司在生產原型電池中遇到的最大挑戰是在取得電池壽命和光學特性的高度平衡的同時同步減少內阻。“雖然使單個特性取得突出價值是可能的，但要在一個設備中高度平衡3種屬性是極為困難的。”吉川說。比如，他介紹說，如果原型電池的生命周期較短（相較于其光學和內阻），理論上電池的轉換效率就會下降至只有20%。

“我們設計出一個能夠產生卓越的光學和壽命特性的前端架構來應對這一挑戰，”吉川說，“與此同時，我們致力于確保后端架構達到長壽命下的低電阻狀態。”

展望未來，吉川說，公司希望通過進一步改進電池的主要屬性來最終達到該技術的理論極限——稍高于29%。下面這張圖表顯示了這一進步相對其他光伏紀錄所處的位置。這些數字來自IEEE Spectrum網站的“互動：破紀錄的光伏電池”。這一互動工具是與美國國家可再生能源實驗室、日本產業技術綜合研究所和德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所合作推出的。■


來源：美國國家可再生能源實驗室，德國弗勞恩霍夫太陽能系統和日本產業技術綜合研究所
圖表：ERIK VRIElink