晶硅光伏新纪录——日本企业进一步逼近29%的效率极限

新的硅太阳能电池之王诞生了。

位于大阪的合成树脂及塑料制造商钟化集团公司（Kaneka Corp）的研究人员已经研制出了转换效率达到破纪录的26.3%（比之前的纪录提高了0.7%）的单晶体硅异质结太阳能电池。虽然看上去也许并未提高很多，但考虑到这类电池（其产量按千兆瓦计算占到年度全球产量的1/4）的理论极限效率仅为29%，这真的是一大进步了。

钟化是日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的项目成员之一。该机构是一个政府实体，成立目的是帮助开发和推广新能源技术。

在生产新型的180平方厘米的原型电池的过程中，钟化改进了NEDO推广的若干技术。其中最主要的是钟化的专利技术——异质结。它能够减少重组（或者说电阻性损耗），使太阳能电池中的正负电荷结合从而产生热量，而不是让它们从设备中跑出来产生电。

此外，钟化还改进了太阳能电池的叉指式电极的能量收集效率。不仅如此，该公司还将电极格栅从电池的前端——受光区域——移动到后端，使更多的太阳光能够进入电池。

同为该NEDO项目成员的公司，同时也是之前的144平方厘米太阳能电池组能量转换率纪录（25.6%，2014年）的保持者——松下集团，也在其设备中采用了同样的关键特性。

“不过，材料类型、生产过程和可供选择的架构都是多种多样的。”钟化新太阳能电池研究团队中的一员吉川训太（Kunta Yoshikawa）说，“我们是通过开发自己的（化学气相淀积）技术、光学管理和电气接触技术来实现26.3%的转化效率。”

公司在生产原型电池中遇到的最大挑战是在取得电池寿命和光学特性的高度平衡的同时同步减少内阻。“虽然使单个特性取得突出价值是可能的，但要在一个设备中高度平衡3种属性是极为困难的。”吉川说。比如，他介绍说，如果原型电池的生命周期较短（相较于其光学和内阻），理论上电池的转换效率就会下降至只有20%。

“我们设计出一个能够产生卓越的光学和寿命特性的前端架构来应对这一挑战，”吉川说，“与此同时，我们致力于确保后端架构达到长寿命下的低电阻状态。”

展望未来，吉川说，公司希望通过进一步改进电池的主要属性来最终达到该技术的理论极限——稍高于29%。下面这张图表显示了这一进步相对其他光伏纪录所处的位置。这些数字来自IEEE Spectrum网站的“互动：破纪录的光伏电池”。这一互动工具是与美国国家可再生能源实验室、日本产业技术综合研究所和德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所合作推出的。■


来源：美国国家可再生能源实验室，德国弗劳恩霍夫太阳能系统和日本产业技术综合研究所
图表：ERIK VRIElink