2014年06月30日08:55
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日本產業技術綜合研究所（AIST，簡稱產綜研）2014年6月24日在“AIST光伏發電研究成果報告會2014”上宣布開發出了可將異種半導體構成的太陽能電池的pn層貼合起來的“Smart Stack”技術。該技術因可在Si類和CIGS類太陽能電池上接合層積III-V族pn結，所以能低成本制造高效率的太陽能電池。
開發該技術的是AIST光伏發電工程研究中心的先進多結器件小組。據稱該小組制作了在CIGS類太陽能電池上層疊GaAs和GaInP雙結太陽能電池的發電元件，確認了可獲24.2％的轉換效率。
四結以上的多結太陽能電池由於晶格常數不同等原因，很難利用以往的晶體生長技術制作高性能元件。因此，該研究小組在開發不是全部用晶體生長，而是將分別制作的電池單元物理貼合起來的“Mechanical Stack”技術。
產綜研的Smart Stack可以說也是這種技術之一。迄今Smart Stack和Mechanical stack的最大的不同，是在粘合面以1×1010個/cm<SUP>2</SUP>的密度配置直徑50nm的鈀顆粒。據稱，由此可無需像以前的Mechanical stack那樣對用電子束和等離子的貼合面做表面處理，所需的表面平坦性也由1nm以下大幅放寬到10nm左右。
具體來說，就是利用聚苯乙烯等高分子材料的自組織現象，在底部電池單元上以100nm的間距、基本等間距地配置鈀納米顆粒，之后以等離子處理去除高分子材料。
接下來，剝離粘貼在其上的頂部電池單元的基板，利用加重粘接法、即加壓粘接的方法與底部電池單元貼合。
此次實際試制了兩種太陽能電池。一種是GaInP、GaAs、InGaAsP、InGaAs四結太陽能電池，另一種是GaInP、GaAs、CIGS三結太陽能電池。
四結太陽能電池是分別制作底部單元：在InP基板上制作的InGaAs、InGaAsP雙結太陽能電池，和頂部單元：在GaAs基板上制作的GaAs、GaInP雙結太陽能電池。剝離GaAs基板后，將將頂、底部兩個電池貼合在一起制成。太陽能電池的轉換效率在不聚光時為30.4％，電池單元的尺寸約為5mm見方。
三結太陽能電池，是分別制作底部單元：在玻璃基板上制作的CIGS類太陽能電池，和頂部單元：在GaAs基板上制作的GaAs、GaInP雙結太陽能電池。剝離頂部電池單元的GaAs基板后，將頂、底部兩個電池貼合制成。轉換效率為24.2％，產綜研表示，“（轉換效率）在這種組合的太陽能電池中為世界最高值”。
這些技術中，GaAs基板剝離后可以再利用。因此，尤其是后者的三結太陽能電池，能在實現高轉換效率的同時，把價格降到與低成本CIGS類太陽能電池相當的水平。
產綜研表示，今后的課題是“對電池單元尺寸較大情況下的基板剝離技術和加重粘接法進行優化”。（作者：野澤 哲生，日經技術在線！供稿）
