提高單晶硅型太陽(yáng)能電池的效率有幾種方法。制造在實(shí)用中轉(zhuǎn)換效率最高的單晶硅型太陽(yáng)能電池單元的美國(guó)SunPower公司采用背接觸構(gòu)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(zhuǎn)換效率達(dá)到世界最高值20.4％（單元轉(zhuǎn)換效率為22.4％）的產(chǎn)品，同時(shí)宣布“作為全球首款轉(zhuǎn)換效率超過(guò)20％的模塊，已被收入‘吉尼斯世界紀(jì)錄’”（注2）。

圖2：在異質(zhì)結(jié)和背接觸方面爭(zhēng)奪轉(zhuǎn)換效率首位寶座 在結(jié)晶硅型太陽(yáng)能電池領(lǐng)域爭(zhēng)奪轉(zhuǎn)換效率首位寶座的三洋電機(jī)和SunPower分別采用了異質(zhì)結(jié)構(gòu)造和背接觸構(gòu)造。研究階段的單元轉(zhuǎn)換效率約為24％。

（注2）德國(guó)SCHOTT Solar在EU PVSEC上公開(kāi)了多晶硅型太陽(yáng)能電池中實(shí)現(xiàn)全球最高模塊轉(zhuǎn)換效率18.2％的產(chǎn)品。該公司在2010年的EU PVSEC上展示了轉(zhuǎn)換效率為17.6％的多晶硅型太陽(yáng)能電池模塊，此次將這一記錄提高了0.6個(gè)百分點(diǎn)。轉(zhuǎn)換效率值是根據(jù)開(kāi)口部（采光面積）計(jì)算得出的結(jié)果。

        與SunPower公司圍繞高效率化展開(kāi)激烈競(jìng)爭(zhēng)的三洋電機(jī)的HIT（heterojunction with intrinsic thin layer）單元采用異質(zhì)結(jié)構(gòu)造*提高了效率。HIT通過(guò)在單晶硅的兩面形成非晶硅層來(lái)減少表面部分的缺陷，由此抑制表面再結(jié)合*。除此之外，還有雖然基本結(jié)構(gòu)與普通單元相同，但設(shè)法抑制表面再結(jié)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(gòu)造等（注3）。

*異質(zhì)結(jié)構(gòu)造＝接合不同材料的構(gòu)造。接合同種材料的構(gòu)造稱為同質(zhì)結(jié)構(gòu)造。

*表面再結(jié)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(guó)的加拿大阿特斯（Canadian Solar）公司開(kāi)發(fā)出了采用金屬貫穿式背電極構(gòu)造的單晶硅型單元和多晶硅型單元，并在EU PVSEC上進(jìn)行了展示。其中，單晶硅型的單元轉(zhuǎn)換效率為19.5％。該公司計(jì)劃2011年內(nèi)量產(chǎn)供貨采用該單元構(gòu)成的轉(zhuǎn)換效率為16.47％的模塊。 

        由于三洋電機(jī)持有的HIT基本專(zhuān)利于2010年失效，受此影響異質(zhì)結(jié)構(gòu)造的開(kāi)發(fā)在全球活躍起來(lái)。在歐洲，德國(guó)Q-Cells等12家企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)共同推進(jìn)了“HETSI（heterojunction solar cells based on a-Si：H/c-Si）”項(xiàng)目，并在EU PVSEC上發(fā)布了成果，即100cm²的單元實(shí)現(xiàn)了20.7％的轉(zhuǎn)換效率。

        另外，德國(guó)制造設(shè)備廠商Roth & Rau發(fā)布了采用異質(zhì)結(jié)構(gòu)造實(shí)現(xiàn)20％左右轉(zhuǎn)換效率的研究成果，受到了關(guān)注。該公司的產(chǎn)品在研發(fā)生產(chǎn)線上達(dá)到了20.0％，在試產(chǎn)線上達(dá)到了19.65％的轉(zhuǎn)換效率。均為實(shí)用尺寸6英寸單元的成果。從轉(zhuǎn)換效率的走勢(shì)可以看出，在試產(chǎn)線上短時(shí)間內(nèi)提高了轉(zhuǎn)換效率（圖3）。

圖3：使用交鑰匙方式設(shè)備制造異質(zhì)結(jié)構(gòu)造單元 制造設(shè)備廠商Roth & Rau利用6英寸晶圓研發(fā)生產(chǎn)線，使異質(zhì)結(jié)構(gòu)造單晶硅型單元的轉(zhuǎn)換效率達(dá)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(gòu)成的模塊。（圖由本刊根據(jù)Roth & Rau的資料制作）

        Roth & Rau從2008年開(kāi)始與瑞士大學(xué)洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（école Polytechnique Fédérale de Lausanne，EPFL）共同推進(jìn)研究，通過(guò)將成果逐漸轉(zhuǎn)移到研發(fā)生產(chǎn)線和試產(chǎn)線上，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高效率。該公司在展會(huì)上展出了由60枚異質(zhì)結(jié)構(gòu)造的單元構(gòu)成的模塊，并宣布已接近實(shí)用水平。如果新興廠商導(dǎo)入該公司的交鑰匙方式設(shè)備，就會(huì)迎來(lái)可輕松制造異質(zhì)結(jié)構(gòu)造產(chǎn)品的時(shí)代。

        此外，韓國(guó)LG電子組合異質(zhì)結(jié)構(gòu)造和背接觸構(gòu)造，以2cm見(jiàn)方的小型單元實(shí)現(xiàn)了高達(dá)22.33％的轉(zhuǎn)換效率（圖4）。在背接觸構(gòu)造背面的電極周邊采用異質(zhì)結(jié)構(gòu)造提高了轉(zhuǎn)換效率。

圖4：新興廠商也相繼研究新構(gòu)造 LG電子發(fā)布了組合異質(zhì)結(jié)構(gòu)造和背接觸構(gòu)造的單元研究成果（a）。阿特斯在金屬貫穿式背電極構(gòu)造的單晶硅單元上實(shí)現(xiàn)了19.5％的轉(zhuǎn)換效率（b）。

三洋電機(jī)領(lǐng)先一步

洋電機(jī)領(lǐng)先一步

        針對(duì)制造設(shè)備廠商和新興廠商的追趕，異質(zhì)結(jié)構(gòu)造的鼻祖三洋電機(jī)展示了領(lǐng)先一步的產(chǎn)品，震驚了與會(huì)人員。該公司采用厚度只有98μm的薄型硅單元實(shí)現(xiàn)了23.7％的轉(zhuǎn)換效率（圖5）（注4）。

圖5：采用厚度為98μm的晶圓實(shí)現(xiàn)23.7％的轉(zhuǎn)換效率 三洋電機(jī)采用厚度只有98μm的硅晶圓實(shí)現(xiàn)了23.7％的單元轉(zhuǎn)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(jī)的資料制作）

（注4）開(kāi)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(zhuǎn)換效率的測(cè)量由得到廣泛認(rèn)可的公共測(cè)量機(jī)構(gòu)日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所于2011年5月31日實(shí)施。

        三洋電機(jī)為提高轉(zhuǎn)換效率，在改進(jìn)透明導(dǎo)電膜（TCO）提高空穴遷移率的同時(shí)，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(zhǎng)區(qū)域的光反應(yīng)。由此，不但將該公司2009年9月發(fā)布的22.8％（厚度為98μm）的轉(zhuǎn)換效率提高了0.9個(gè)百分點(diǎn)，還超過(guò)了HIT單元目前的最高轉(zhuǎn)換效率23.0％（厚度為200μm以上）。

        在EU PVSEC上發(fā)布后進(jìn)行的答疑中，會(huì)場(chǎng)上提出了將上述成果用于普通厚度的單元時(shí)情況如何的提問(wèn)。對(duì)此三洋電機(jī)回答，“由于在研發(fā)中一直致力于低成本化，因此并沒(méi)有在普通厚度的單元上嘗試此次的成果”。該公司好像已轉(zhuǎn)向在保證轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)通過(guò)單元薄型化降低成本的研究。單晶硅型太陽(yáng)能電池的轉(zhuǎn)換效率正在接近理論極限值，估計(jì)此舉是為了應(yīng)對(duì)這一點(diǎn)。

        今后，異質(zhì)結(jié)構(gòu)造的開(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)會(huì)越來(lái)越激烈。原因正如三洋電機(jī)展示的那樣，異質(zhì)結(jié)構(gòu)造具有易于實(shí)現(xiàn)薄型化的優(yōu)點(diǎn)。這種構(gòu)造兩面基本對(duì)稱，因此曲翹較少，可通過(guò)非晶硅層抑制普通單元中厚度越薄影響越大的表面再結(jié)合現(xiàn)象（注5）。

（注5）如果不是對(duì)稱構(gòu)造，由于各種構(gòu)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）