展望现有技术发展前景（2）异质结构造竞争激烈，三洋电机领先一步

索比光伏网讯:      提高单晶硅型太阳能电池的效率有几种方法。制造在实用中转换效率最高的单晶硅型太阳能电池单元的美国SunPower公司采用背接触构造。光的入射面不有采用任何布线，消除了布线阴影的影响（图2）。SunPower在EU PVSEC上展示了模块转换效率达到世界最高值20.4％（单元转换效率为22.4％）的产品，同时宣布“作为全球首款转换效率超过20％的模块，已被收入‘吉尼斯世界纪录’”（注2）。

图2：在异质结和背接触方面争夺转换效率首位宝座 在结晶硅型太阳能电池领域争夺转换效率首位宝座的三洋电机和SunPower分别采用了异质结构造和背接触构造。研究阶段的单元转换效率约为24％。

（注2）德国SCHOTT Solar在EU PVSEC上公开了多晶硅型太阳能电池中实现全球最高模块转换效率18.2％的产品。该公司在2010年的EU PVSEC上展示了转换效率为17.6％的多晶硅型太阳能电池模块，此次将这一记录提高了0.6个百分点。转换效率值是根据开口部（采光面积）计算得出的结果。

        与SunPower公司围绕高效率化展开激烈竞争的三洋电机的HIT（heterojunction with intrinsic thin layer）单元采用异质结构造*提高了效率。HIT通过在单晶硅的两面形成非晶硅层来减少表面部分的缺陷，由此抑制表面再结合*。除此之外，还有虽然基本结构与普通单元相同，但设法抑制表面再结合的“PERL（passivated emitter and rear locally diffused）”单元，以及仅去掉了光入射面的粗布线，利用贯通电极将布线引到背面的金属贯穿式背电极（metal Wrap Through）构造等（注3）。

*异质结构造＝接合不同材料的构造。接合同种材料的构造称为同质结构造。

*表面再结合＝载流子在表面的缺陷部分等消失的情况。

（注3）研发及生产基地位于中国的加拿大阿特斯（Canadian Solar）公司开发出了采用金属贯穿式背电极构造的单晶硅型单元和多晶硅型单元，并在EU PVSEC上进行了展示。其中，单晶硅型的单元转换效率为19.5％。该公司计划2011年内量产供货采用该单元构成的转换效率为16.47％的模块。 

        由于三洋电机持有的HIT基本专利于2010年失效，受此影响异质结构造的开发在全球活跃起来。在欧洲，德国Q-Cells等12家企业与研究机构共同推进了“HETSI（heterojunction solar cells based on a-Si：H/c-Si）”项目，并在EU PVSEC上发布了成果，即100cm²的单元实现了20.7％的转换效率。

        另外，德国制造设备厂商Roth & Rau发布了采用异质结构造实现20％左右转换效率的研究成果，受到了关注。该公司的产品在研发生产线上达到了20.0％，在试产线上达到了19.65％的转换效率。均为实用尺寸6英寸单元的成果。从转换效率的走势可以看出，在试产线上短时间内提高了转换效率（图3）。

图3：使用交钥匙方式设备制造异质结构造单元 制造设备厂商Roth & Rau利用6英寸晶圆研发生产线，使异质结构造单晶硅型单元的转换效率达到了20.0％。在试产线上的效率为19.65％。还试制了由60枚单元构成的模块。（图由本刊根据Roth & Rau的资料制作）

        Roth & Rau从2008年开始与瑞士大学洛桑联邦理工学院（école Polytechnique Fédérale de Lausanne，EPFL）共同推进研究，通过将成果逐渐转移到研发生产线和试产线上，在短时间内实现了高效率。该公司在展会上展出了由60枚异质结构造的单元构成的模块，并宣布已接近实用水平。如果新兴厂商导入该公司的交钥匙方式设备，就会迎来可轻松制造异质结构造产品的时代。

        此外，韩国LG电子组合异质结构造和背接触构造，以2cm见方的小型单元实现了高达22.33％的转换效率（图4）。在背接触构造背面的电极周边采用异质结构造提高了转换效率。

图4：新兴厂商也相继研究新构造 LG电子发布了组合异质结构造和背接触构造的单元研究成果（a）。阿特斯在金属贯穿式背电极构造的单晶硅单元上实现了19.5％的转换效率（b）。

三洋电机领先一步

洋电机领先一步

        针对制造设备厂商和新兴厂商的追赶，异质结构造的鼻祖三洋电机展示了领先一步的产品，震惊了与会人员。该公司采用厚度只有98μm的薄型硅单元实现了23.7％的转换效率（图5）（注4）。

图5：采用厚度为98μm的晶圆实现23.7％的转换效率 三洋电机采用厚度只有98μm的硅晶圆实现了23.7％的单元转换效率。目的是削减占制造成本约40％的晶圆成本。（图由本刊根据三洋电机的资料制作）

（注4）开路电压为745mV，短路电流为3.966A，填充因子为80.9％。单元面积为100.7cm²。转换效率的测量由得到广泛认可的公共测量机构日本产业技术综合研究所于2011年5月31日实施。

        三洋电机为提高转换效率，在改进透明导电膜（TCO）提高空穴迁移率的同时，还改良布线部分降低了电阻值，减轻了布线阴影的影响，另外提高了短波长区域的光反应。由此，不但将该公司2009年9月发布的22.8％（厚度为98μm）的转换效率提高了0.9个百分点，还超过了HIT单元目前的最高转换效率23.0％（厚度为200μm以上）。

        在EU PVSEC上发布后进行的答疑中，会场上提出了将上述成果用于普通厚度的单元时情况如何的提问。对此三洋电机回答，“由于在研发中一直致力于低成本化，因此并没有在普通厚度的单元上尝试此次的成果”。该公司好像已转向在保证转换效率的同时通过单元薄型化降低成本的研究。单晶硅型太阳能电池的转换效率正在接近理论极限值，估计此举是为了应对这一点。

        今后，异质结构造的开发竞争会越来越激烈。原因正如三洋电机展示的那样，异质结构造具有易于实现薄型化的优点。这种构造两面基本对称，因此曲翘较少，可通过非晶硅层抑制普通单元中厚度越薄影响越大的表面再结合现象（注5）。

（注5）如果不是对称构造，由于各种构成材料的热膨胀系数等的差异，单元越薄越容易发生曲翘。（《日经电子》记者：河合基伸、野泽哲生；硅谷支局：Phil Keys）