终极太阳能电池（1）：结晶硅型太阳能电池接近理论极限

　从太阳能电池的光电转换效率来看，现在主流的结晶硅型太阳能电池“已经逼近了理论极限”（三洋电机研究开发本部先进能源研究所太阳能研究部部长丸山英治）。结晶硅型太阳能电池的理论转换效率约为29％。其最大决定因素是结晶硅的固有带隙。因为用于发电的光线波长有限，所以效率会受到遏制。要想进一步提高效率，就需要采用替代结晶硅的新材料或量子效应等新技术扩大吸收范围，突破“Si的理论极限”。其目标是超越40％。面向新的目标，太阳能电池的开发即将迈入新纪元（图1）。

图1：终极太阳能电池的实现过程现在主流的结晶硅型太阳能电池已经逼近理论转换效率。图中左起依次为《日经微器件》摄影和日本产业技术综合研究所、美国NanoGram、京都大学、富士电机控股的数据。

2015年左右使效率达到25～26％

　　结晶硅型太阳能电池转换效率提升的极限最快会在2015年左右到来。作为在结晶硅型太阳能电池表里形成有非晶硅层的“HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin layer）太阳能电池”的独家生产商，三洋电机于2009年5月在研究中实现了23％的单元转换效率。该公司表示，这是10cm见方实用尺寸太阳能电池的世界最高纪录。按照普遍看法，结晶硅型太阳能电池的理论转换效率约为29％，而实用的最高值为25～26％，由此可见，与最高值的距离只剩下了小小几个百分点。

　　三洋电机丸山表示：“剩余几个百分点的转换效率提升所面临的课题已经明确，只要花时间拓展现有技术就能稳步实现。”具体的提升幅度如下：减少电极阴影的影响为5％左右，抑制透明导电膜和非晶硅层的光线吸收为5％左右，抑制非晶硅和结晶硅界面缺陷诱发的载流子复合为数％。实用的最高值仅凭这些方法就能够实现。在此之前，提高转换效率也一直使用这些方法。如果按照现在的速度提升，那么到2015年左右，实验室的转换效率将达到25～26％（图2）。

 
图2：HIT太阳能电池逼近理论极限三洋电机的“HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin layer）太阳能电池”有望在今后几年内达到结晶硅型太阳能电池的极限。2009年之前为三洋电机数据。摄影：《日经微器件》。

开发革命性太阳能电池

　　终极太阳能电池是什么样子的？在NEDO的“革新性太阳能发电技术研究开发”计划中，三个研究小组争相拿出了对于转换效率超过40％的太阳能电池形态的研究成果（图3）。三者分别希望借助量子效应的使用、多结化和聚光装置的并用、新材料的采用和光线管理等技术，自主开发高效太阳能电池。其共同点在于充分利用了此前无法使用的大范围波长的光线。（记者：河合 基伸）

 
图3：结合各类技术提高效率 NEDO（新能源产业技术综合开发机构）的“革新性太阳能发电技术研究开发”计划正在开发的太阳能电池示例。其目标是组合各类技术，充分利用大范围波长的光线，从而实现超高效率。图中括号内为材料的带隙。《日经微器件》根据NEDO的资料制作。