东京大学开发出可提高多结光伏电池效率的新测评方法

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化合物多结型太阳能电池在聚光照射的条件下，单元转换效率可达到40％以上。为了进一步提高其转换效率，东京大学冈田研究室和从事检测装置等业务的Takano公司联合开发出了新的评测方法“SR-V法”。该方法以实现聚光时单元转换效率达到50％强的理论值为目标，化合物多结型光伏电池的开发速度有望进一步加快。

东京大学与Takano联合开发的测量装置

化合物多结型光伏电池的效率之所以较高，是因为重叠了具有不同带隙的材料，能充分利用广泛波长范围的太阳光。比如，夏普公司2013年5月发布的达到44.4％全球最高单元转换效率的单元，就是重叠了InGaAs、GaAs和InGaP三种子单元的三结型注1）电池。

注1）聚光倍率为302倍的条件下测量的数值。单元面积约为0.165cm2。测量机构为德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所。

但由于化合物多结型光伏电池是在真空中连续形成薄膜，即便能够测量最终制成的整个光伏电池的特性，但也无法准确测量各子单元的特性，这是化合物多结型光伏电池面临的一个课题。

化合物多结型光伏电池是将各个子单元串联起来，因此，电流量最小的子单元会限制整体的电流量。如果无法准确测量各子单元的特性，就很难对其进行调整。以前只能根据整体的I-V特性及各子单元的光谱灵敏度等，推测各子单元的特性，然后再确定开发方针。

此次，东京大学和Takano开发出了可解决这一问题的测评方法。除了化合物多结型光伏电池以外，有机类及薄膜硅型等产品也在推进多结化，估计新的测评方法能为多种方式的光伏电池的开发作出贡献。

根据测量值计算

SR-V法可在不连续地照射与被测子单元相对应的光的同时，通过改变偏压来测量电流值。与此同时，还会预先连续照射与被测对象以外的子单元相对应的光（图1）。对每个子单元都要反复进行这一操作。

图1 通过改变偏压来测量 照射与被测子单元对应的单色光、同时改变偏压，从而测量电流值的变化。根据获得的数据，计算出各子单元的特性。

然后，再根据获得的各个子单元的偏压和电流值测量结果，计算出各子单元的串联电阻和并联电阻等特性。具体方法是，在适当地确定串联电阻等特性值之后，将据此推定的偏压和电流值的关系与实际测量结果比较，然后修改特性值以使二者之间的误差缩小。反复进行这一操作，直到误差变得足够小之后，再利用“Powell混合法”计算特性值。如果使用电脑，双结型光伏电池的计算可在约10个小时内完成。东京大学称，此次根据获得的数据计算出了整体的I-V特性，其结果与实验值基本一致。

从SR-V法获得的特性来看，很多信息都是以前的测评方法和美国可再生能源实验室（NREL）等最近开发的测评方法所无法获得的（表1）。东京大学先进科学技术研究中心新能源领域冈田研究室特聘副教授曽我部东马强调，根据新查明的特性值，可以找到子单元的结晶性及膜厚等方面的改进点，“能够使化合物多结型光伏电池的转换效率提高1～2个百分点”

除了研发用途之外，新的测评方法还有望用于产品检查用途。用新方法测评其他国家厂商的化合物多结型光伏电池晶圆时发现，位于晶圆面内不同位置的子单元之间的特性存在偏差（图2），而采用原来测量整体I-V特性的方法时，则看不到这一特性差别。东京大学称，这种特性不均有可能会对光伏电池的长期可靠性造成影响。（日经能源环境网 供稿）