電子發燒友網按：全球發展由于能源問題越來越急迫需要找尋突破點，太陽能是目前為止較為看好能解燃眉之急的清潔能源之一。全球國家或廠商自然不會放過如此難得的商機，而廠商憑借什么來取得壓倒性競爭力呢？除了成本外，太陽能電池轉換效率成了廠商不斷攀比的另一高地。為了讓電子發燒友網讀者對當前各廠商的太陽能電池轉換效率最新動態進展更進一步地了解，電子發燒友網整合推出此文，詳細請看本文以下精彩內容。

　　1、夏普將聚光時化合物多接合型太陽能電池的轉換效率提高至全球最高的43.5％

　　夏普對化合物三接合型太陽能電池單元上作306倍聚光，實現了43.5％的轉換效率。

　　該轉換效率與2011年3月美國Solar Junction實現的數值相同，在聚光時的化合物多接合型太陽能電池單元轉換效率中為全球最高水平。夏普意在利用此次的成果，開發地面設置型聚光系統。

　　轉換效率實現43.5％的單元，采用了在InGaP頂層單元上組合GaAs中層單元和InGaAs底層單元的構造。這一構造與2011年11月未聚光時轉換效率達到36.9％的單元相同。此次還做了通過受光面電極間隔的優化從而降低了電阻的改進。因此，即使聚光會使電流量增加，能源損失也會減少。

　　另外，測量轉換效率的單元面積約為0.167cm2。測量是由公共測量機構之一德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所（Fraunhofer Institute for Solar Energy）進行的。

　　2、東京大學風險企業將與美公司共同開發使用太陽光和熱的發電模塊

　　東京大學創辦的風險企業智能太陽能國際公司（Smart Solar International）與美國Sopogy公司在開發及銷售領域展開了合作。

目標是開發出同時利用光和熱的系統

?

　　輸出功率將達到已有結晶硅型太陽能電池模塊的約3倍

　　智能太陽能國際公司在銷售用反光鏡向太陽能電池單元聚光的太陽能電池系統。而Sopogy公司則在經營用反光鏡聚熱的太陽熱系統。此次合作的目標是開發出同時利用光和熱的系統。

　　兩公司的目標是“克服可再生能源的最大課題——不穩定性”（智能太陽能國際公司）。旨在實現白天利用太陽能電池發電供應能量，夜間可利用儲存的太陽熱供應能量的系統。兩公司由于產品的構成相似，可通用部件較多，據稱因此有望縮短開發時間。

　　智能太陽能國際公司向化合物三結型太陽能電池單元提供的聚光模塊已有23％的轉換效率。該公司推算，在此基礎上再加上通過太陽熱獲得的能量，能量轉換效率可提高至45％左右。

　　3、Solar3D試制出立體構造Si太陽能電池單元，轉換效率高達25％

　　美國太陽能電池單元設計開發企業Solar3D宣布試制出了采用立體構造的硅（Si）太陽能電池單元，而且轉換效率達到了25％以上。

　　據Solar3D介紹，采用平面構造的現有太陽能電池單元，會因電池表面的反射產生光能損失，還會隨著電池內部的光電轉換發生損耗。尤其是反射造成的損失，最多時高達太陽光的30％。而采用立體構造的太陽能電池單元可以減少這種損失。Solar3D總裁兼首席執行官Jim Nelson表示，“本公司開發的新構造太陽能電池單元有望將每瓦的單價降至業界最低”。

　　Solar3D目前正在評估幾種制造方法，預定在完成試制品后，尋找生產方面的合作伙伴。有力候選合作企業包括“數家全球最大規模的半導體廠商”。

　　4、IMEC等開發出單元轉換效率為23.3％的硅類太陽能電池，通過梳形背面電極等實現

　　比利時IMEC宣布，該公司與多家知名太陽能電池廠商合作開發出了單元轉換效率高達23.3％的結晶硅太陽能電池。合作廠商包括德國Shott Solar、法國Total、法國GDF-SUEZ、比利時Photovoltech、荷蘭Solland Solar、KANEKA以及美國Dow Corning七家公司。IMEC將借此猛追憑借高轉換效率領先業界的美國SunPower和三洋電機。

　　此次發布的太陽能電池的單元尺寸為2cm見方。關于能夠實現高效率的關鍵，IMEC提到了以下幾點：把用FZ（Floating Zone）法制成的n硅基板表面加工成金字塔型的隨機性凹凸；去掉表面電極，而且背面電極（Back-Contact）的形狀采用梳形；形成了SiO2的封裝層和SiN的防反射膜；電極材料采用鋁（Al）。

　　轉換效率方面，短路電流密度（JSC）為41.6mA/cm2、開路電壓（VOC）為696mV、形狀因子（FF）為80.4％。

　　5、“逆向思維”讓光逃逸，美大學與Alta Devices的薄膜GaAs太陽能電池實現28.3％轉換效率

　　美國加利福尼亞大學伯克利分校（University of California， Berkeley）教授Eli Yablonovitch與美國Alta Devices公司組成的開發團隊，開發出了轉換效率為28.3％的單耦合型薄膜GaAs太陽能電池。這一消息是在美國舉行的光學技術學會“Conference on Lasers and Electro Optics（CLEO）2012”（2012年5月6～11日，美國加利福尼亞州圣荷西市）上發布的。據Yablonovitch介紹，在2010年時單耦合型GaAs太陽能電池的轉換效率最高值已超過26％（未聚光情況下）。

　　據介紹，此次開發的太陽能電池則基于了“逆向思維”，采用了提高單元背面的光反射率，盡量讓太陽能電池內產生的光子逃逸到太陽能電池外部的構造。按常規來說，太陽能電池一般都采用盡量不使光子釋放到外部的設計，而此次恰恰與常規相反。

　　太陽能電池也需要“排氣”！？

　　據Yablonovitch介紹，這是因為研究人員發現太陽能電池的輸出電壓與再結合產生的光子數量之間存在著正相關的結果。太陽能電池通過光子的入射產生電子空穴對，從而發電。此時，部分電子空穴對在被電極提取之前會再結合，再次形成光子。

　　此前，太陽能電池開發的研究課題之一是如何減少這種再結合。但是，據Yablonovitch介紹，太陽能電池輸出電壓越高，通過再結合產生的光子就越多，這是無法避免的。因此，Yablonovitch想到，“如果把太陽能電池設計成便于增加再結合產生的光子就行了”。而且，通過理論計算證實，將再結合產生的光子積極逃逸到太陽能電池外部時，輸出電壓會提高。Alta Devices在基于這一思路試制太陽能電池時，獲得了打破原來記錄的轉換效率。

　　傳統太陽能電池的元件構造采用光子一旦入射就盡量不讓其外逃的設計。結果，通過再結合產生的光子也變得無處可逃，但這樣似乎反而會降低太陽能電池的發電性能。

　　6、三菱化學開發成功轉換效率達到11.0％的有機薄膜太陽能電池

　　三菱化學在日本第61屆高分子學會年度大會及該公司的Web網站上表示，該公司開發的有機薄膜太陽能電池的轉換效率達到了11.0％。雖然這是尺寸只有數mm見方的小型單元的測量值，但卻超過了德國Heliatek公司2012年4月公布的10.7％的數值，是目前有機薄膜太陽能電池中全球最高的轉換效率。

在試驗工廠采用R2R方式制造的有機薄膜太陽能電池

　　三菱化學還宣布，在該公司建于日本岡山縣的水島工廠，采用卷對卷（R2R）方式生產有機薄膜太陽能電池的試驗工廠已開工。在此次高分子學會上三菱化學還公開了該試驗工廠制造的寬度接近20cm的卷狀有機薄膜太陽能電池。

　　7、有機薄膜太陽能電池效率達到10.7％，Heliatek采用串聯構造

　　德國太陽能電池廠商Heliatek開發出了轉換效率為10.7％的有機薄膜太陽能電池，這一轉換效率達到了當前全球最高水平。Heliatek曾于2012年4月27日發布了該太陽能電池，此次又在日本山形大學有機電子研究中心2012年5月11日于東京主辦的國際研討會上，Heliatek的共同研發員德國德累斯頓工業大學教授、IAPP所長Karl Leo就該電池的詳細情況發表了演講。

　　有機薄膜太陽能電池采用了被稱為低聚體的低分子有機半導體材料，元件采用串聯構造。據介紹，如果制作非串聯構造的單接合型元件，轉換效率為7％。此次測定使用的單元面積為1.1cm2，測定結果獲得了德國檢查機構SGS Institut Fresenius的認證。

　　普通的硅類太陽能電池在低照度和高溫情況下轉換效率會下降。而此次的太陽能電池在低照度下轉換效率反而會提高，在80℃的高溫下轉換效率也基本不會降低。

　　另外，Heliatek曾于2011年12月發布了德國Fraunhofer ISE Cat Lab對電池單元的測量值。當時的轉換效率為9.75±0.3％，形狀因子（FF）為68.27±0.68，開路電壓（VOC）為1.6930±0.0085V，短路電流為9.08±0.23mA。此次SGS認證的測量值是改善單元特性后的最新結果。

　　2015年有望實現超過15％的轉換效率

　　有機薄膜太陽能電池的轉換效率與無機類相比仍然較低。不過，最近3年左右其轉換效率的增長率在太陽能電池的諸多技術中則為最大。比如，2009年的轉換效率最高為6％出頭，而最近，三菱化學和美國加利福尼亞大學洛杉磯分校（UCLA）開發出了轉換效率超過10％的有機薄膜太陽能電池。

　　在此次研討會上，UCLA教授、山形大學合作教授Yang Yang也發表了演講，他指出：“約1年前有機薄膜太陽能電池的轉換效率為8％出頭，而現在已經達到約11％。2015年之前有望達到15％”。

　　8、有機薄膜太陽能電池轉換效率達到10.6％，采用住友化學的長波長吸收材料

　　美國加利福尼亞大學洛杉磯分校（University of California， Los Angeles，以下簡稱UCLA）教授楊陽（音譯）制造的有機薄膜太陽能電池的轉換效率達到了10.6％。該消息是為楊陽提供了部分材料的住友化學公布的。而且這一轉換率已得到美國國家可再生能源實驗室（The National Renewable Energy Laboratory，以下簡稱NREL）的正式認定。NREL是知名的太陽能電池研究所，也是太陽能電池性能的評價及認證機構。

　　有機薄膜太陽能電池可實現輕量、薄型及柔性化，作為新一代太陽能電池備受期待。由于可利用印刷法連續制造大面積單元，因此與目前主流的硅類太陽能電池相比，有望降低制造成本。

　　此次，楊陽教授制造的是串聯單元構造的太陽能電池。串聯單元構造通過組合吸收波長范圍各異的兩種光電轉換層，可大范圍利用太陽光能源，因此與單一單元構造相比，可獲得更高的轉換效率。不過，吸收波長各異的材料組合及中間層材料不同，性能也會大不相同。此次的10.6％的轉換效率是通過組合UCLA的短波長吸收材料、將電損耗降至最小的中間層材料，以及住友化學的高效率長波長吸收材料實現的。

　　住友化學正在利用原用于顯示器及照明用途的高分子有機EL技術推進有機薄膜太陽能電池的開發，全力實現業務化。該公司今后將通過與UCLA的共同研究等，加速開發材料性能，以盡快使有機薄膜太陽能電池的轉換效率達到實用水平。最初的應用目標是手機和筆記本電腦等產品的充電器，以及與室內墻壁和透明窗玻璃一體化的產品等，將來計劃進一步提高轉換效率和耐久性，以設置在普通家庭的房頂或用于工業發電。

　　9、東大和夏普刷新紀錄：量子點型太陽能電池在非聚光時的單元轉換效率達到18.7％

　　東京大學納米量子信息電子研究機構的負責人兼生產技術研究所教授荒川泰彥以及該機構特聘副教授田邊克明，與夏普共同開發出了單元轉換效率在非聚光時達到18.7％、雙倍聚光時達到19.4％的量子點型太陽能電池。非聚光時18.7％的單元轉換效率，“在量子點型太陽能電池中屬于業界最高水平”。此前的最高值是俄羅斯科學院（Russian Academy of Sciences）開發團隊創造的18.3％。

　　東京大學和夏普開發的量子點型太陽能電池采用“中間帶方式”，即制作出將量子點三維排列的超晶格構造，形成吸收紅外光的中間帶，以此提高轉換效率。根據荒川等人的研發團隊在2011年進行的推算，設置4個以上中間帶可將理論單元轉換效率提高至近80％。

　　此次采用MOCVD（有機金屬化學氣相沉積法）在GaAs基板上制成層疊了五層InGaAs/GaAs類量子點層的構造。據介紹，能獲得出色單元轉換效率主要有以下兩個理由：第一，將量子點的尺寸等控制在最佳水平，由此可以防止形成捕獲電子從而降低轉換效率的能級。第二，優化了在單元表面設置的防反射膜（MgF2/ZnS膜）的設計。

　　此次開發的太陽能電池單元的開路電壓為0.9V，填充因子（FF）為0.8。據荒川介紹，今后“將把量子點的母材換成帶隙大于GaAs的GaN和InGaAsP，同時還將優化量子點的層疊數和母材質量，希望能使單元轉換效率提高至30～40％”。

　　除了上述成果外，東京大學和夏普還成功地在柔性基板上制作出了量子點型太陽能電池，這在業界也是首創。具體方法是在GaAs基板上采用MBE（分子束外延法）形成十層的InAs/GaAs量子點層，然后將其上下翻轉貼在樹脂（聚酰亞胺）基板上。粘合材料采用基于銀（Ag）納米粒子的導電性環氧樹脂材料，即使在200℃以下的低溫條件下也能牢固地粘合。

　　采用樹脂基板后，除了可以耐彎曲外，還將電池單元的重量降至0.028g/cm2，僅為采用GaAs基板時的1/10。單元轉換效率約為10％。

　　東京大學和夏普將在從3月15日開始于早稻田大學舉行的“第59屆應用物理學相關聯合演講會”上發布以上兩項成果。演講序號分別為18a-C1-8（業界效率最高的量子點型太陽能電池）和18a-C1-9（柔性基板上的量子點型太陽能電池）。

　　10、三洋電機厚98μm的薄型HIT單元轉換效率達到23.7％

　　三洋電機采用98μm厚的薄型Si單元的HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin Layer）太陽能電池，實現了23.7％的轉換效率。該公司2009年9月發布的22.8％的轉換效率（厚度為98μm）又提高了0.9個百分點。超過了該公司在2009年2月發布，HIT單元目前最高的轉換效率23.0％（厚度在200μm以上）。

　　轉換效率的提高主要得益于以下三點：（1）改進透明導電膜（TCO），提高了孔遷移率；（2）改進布線部分，減小了布線暗影的影響，同時降低了電阻值；（3）提高對短波長光的反應，減小了光學損失。上述改進措施的具體方法均未透露。

I-V曲線

　　通過上述改進，開路電壓（Voc）達到745mV、短路電流（Isc）達到3.966A、填充系數（F.F.）達到80.9％。單元面積為100.7cm2。此次轉換效率的測定是由產業技術綜合研究所在2011年5月31日實施的。

　　發布會之后的提問中，有人詢問在普通厚度的單元上應用此次成果的情況。對此，三洋電機表示“我們在研發中一直致力于降低成本，因此現有厚度的單元沒有試用此次的成果”。結晶硅型太陽能電池的轉換效率正在逐漸接近理論極限值。為了應對轉換效率越來越難以提高的情況，三洋電機的研發正向在維持轉換效率的情況下以單元薄型化來降低成本轉移。

　　11、美SunPower首次在日本展出單元轉換效率為22.6％的太陽能電池

　　美國SunPower公司在展會“PV EXPO 2012”（2012年2月29日～3月2日，東京有明國際會展中心）上，展出了該公司2011年6月發布的單晶型光伏板“E20”（額定輸出功率為327W）。此次是首次在日本展出。E20的單元轉換效率最大為22.6％，制成面板后的轉換效率為20.1％，是全球最高水平的產品。

　　SunPower在馬來西亞或菲律賓的工廠量產該單元，在菲律賓工廠制造成面板。

　　E20將于2012年4月以后在美國等地上市，2012年7月以后在日本上市。

　　12、德國SCHOTT Solar多晶硅太陽能電池模塊的最高效率達18.2％

　　德國肖特太陽能（SCHOTT Solar）宣布，該公司的多晶硅太陽能電池模塊轉換效率達到了全球最高的18.2%，并在EU PVSEC上展示了該模塊。在2010年的EU PVSEC上，該公司展示了轉換效率為17.6％的多晶硅太陽能電池模塊，此次將該公司的紀錄提高了0.6個百分點。該模塊的最大輸出功率為268W。

德國肖特太陽能

　　肖特太陽能展示的模塊使用了60個轉換效率達18.7％以上的單元。單元表面的母線電極由2010年的兩根增加到了三根，從而減少了電損失。單元背面與2010年一樣，繼續采用了在硅晶元和背面電極之間形成鈍化層以實現局部接觸的“PERC”構造。

　　此外，德國Q-Cells公司展示了轉換效率為18.1％的多晶硅太陽能電池模塊。Q-Cells公司的模塊轉換效率比肖特公司低0.1個百分點，該公司曾在學會上就單元轉換效率達到全球最高值——19.5％的單元進行過發表。肖特公司和Q-Cells公司的成果目前還均處于研究階段，實用化要等到2012年以后。另外，兩家公司的模塊轉換效率都是根據開口部計算出的結果。

德國Q-Cells

　　在單晶硅太陽能電池模塊方面，美國SunPower公司已經實現了超過20％的模塊轉換效率。該公司在學會等曾宣布，“作為全球首次超過20％的模塊，已經被收錄到吉尼斯世界紀錄中”。

　　13、京瓷將量產單元轉換效率為17.8％的多晶硅太陽能電池

　　京瓷在展會“PV EXPO 2012”（2012年2月29日～3月2日，東京有明國際會展中心）上，展出了單元轉換效率為17.8％的多晶硅太陽能電池“Gyna”。預定2012年4月以后開始量產該電池單元，2012年度內開始銷售電池模塊。

　　京瓷針對日本政府于2012年7月1日啟動的“新固定價格收購制度”推進了公共產業用大型太陽能電池面板的開發。該公司計劃在這類面板中積極采用Gyna。

　　14、尚德將上市輸出功率290W的多晶硅太陽能電池模塊

　　中國的尚德太陽能電力有限公司的日本法人——尚德電力日本，將推出兩款多晶硅太陽能電池模塊新產品，其中“STP290-24/Vd”的最大輸出功率為290W。兩產品將面向日本的公共產業市場上市。

?

攝于“PV EXPO 2012”尚德公司展區。備有iPad，可以確認模塊的性能參數等。

　　STP290-24/Vd的標稱最大輸出功率為290W，轉換效率為14.9％。輸出容許誤差為0/+5%。尺寸為1956mm×992mm×50mm，使用72枚太陽能電池單元。重量為27.0kg。同時上市的“STP240-20/Wd”的標稱最大輸出功率為240W，轉換效率為14.8％，輸出容許誤差為0/+5%。尺寸為1640mm×992mm×50mm，采用60枚單元。重量為19.1kg。

　　作為面向公共產業的太陽能電池模塊，尚德電力已經上市了最大輸出功率為230W、235W、280W和285W的產品，此次上市新產品，使該產品系列將擴充到6種。新產品耐風壓和積雪，據稱在嚴峻的環境下也可長期使用。與原產品一樣，可保證25年的模塊輸出。

　　尚德電力在2012年2月29日～3月2日于東京有明國際會展中心舉行的“PV EXPO 2012”上展出了該新產品。并表示：“價格不便公開，但新產品有價格競爭力。本公司的模塊累計供貨量全球第一，能夠以穩定的生產體制供貨高品質模塊”。



?