日本化學(xué)企業(yè)Kaneka集團的研究人員開發(fā)出了一種光能轉(zhuǎn)化率達到26.3%的太陽能電池

據(jù)國外媒體報道，近日，由日本政府項目資助的研究團隊開發(fā)出了“可工業(yè)化應(yīng)用”的太陽能電池。如今的太陽能電池板已經(jīng)比以往便宜許多，但對于家庭用戶來說，安裝費用仍然不菲。更有效率的太陽能電池板可以更快地補償安裝成本，因此研究能將太陽能更快轉(zhuǎn)化為電能的方法成為太陽能利用領(lǐng)域的焦點。

組成太陽能電池板的硅基電池存在一個理論效率極限：29%。不過，這是一個目前還難以達到的目標(biāo)。對于商業(yè)化的太陽能電池板而言，稍低于20%的實際轉(zhuǎn)化效率被認為已經(jīng)非常好了。近日，日本化學(xué)企業(yè)Kaneka集團的研究人員開發(fā)出了一種光能轉(zhuǎn)化率達到26.3%的太陽能電池，打破了之前25.6%的記錄。盡管只是2.7%的效率提升，但在可商業(yè)應(yīng)用的太陽能電池領(lǐng)域，這樣的技術(shù)改進越來越來之不易。

不僅如此，研究人員還指出，在將論文提交給《自然-能源》（Nature Energy）雜志之后，他們又對太陽能電池進行了優(yōu)化，達到了26.6%的轉(zhuǎn)化效率。這一結(jié)果已經(jīng)得到美國國家可再生能源實驗室（National Renewable Energy Lab，NREL）的認可。

在發(fā)表于《自然-能源》的論文中，研究者描述了一塊180.4平方厘米的電池制造過程。他們采用了高質(zhì)量的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜，將硅分層堆積在電池內(nèi)，使電子態(tài)無法存在的能隙減小至最低。

控制半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)在太陽能電池制造商中是一項已知的技術(shù)。松下電器公司也采用了這項技術(shù)，并很可能將其應(yīng)用到為特斯拉汽車供應(yīng)的電池中。Kaneka集團擁有自己的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)專利技術(shù)。

為了使太陽能電池達到這一破紀錄的效率，Kaneka集團的研究人員還在電池后部放置了低電阻電極，使電池內(nèi)部能最大化地收集前方的光子。而且，與許多常見的太陽能電池一樣，這款電池的表面還覆蓋了一層無定形硅和抗反射層，可以為電池部件提供保護，并更有效率地收集光子。

在描述了太陽能電池的構(gòu)造之后，研究人員還分析了電池?zé)o法達到理想效率值29%的原因，為未來電池開發(fā)者的優(yōu)化提供參考。他們估計，總體效率中有0.5%的損失是電阻造成的，1%則是由于光學(xué)損失（電池接受光照的方式），還有1.2%源于偶然的電子結(jié)合損失——自由電子與帶正電的孔洞結(jié)合，而不是繼續(xù)向前形成電流。

該論文指出，這款太陽能電池是利用“可工業(yè)化應(yīng)用”過程制造出來的，比如電漿增強化學(xué)氣相沉積（plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD）技術(shù)——在氣態(tài)下將薄膜沉積在固體晶圓上。

研究者表示，在單個電池可以被組裝到商業(yè)應(yīng)用的太陽能電池板上之前，還需要更進一步的工作。Kaneka集團的研究獲得了日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（New Energy and Industrial Technology Development Organization，NEDO）的資助，而且據(jù)《IEEE綜覽》（IEEE Spectrum）雜志的報道，Kaneka公司將繼續(xù)與NEDO合作，爭取在2030年之前將太陽能電池的成本降低到每千瓦時0.06美元。