2014年06月30日08:55
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日本产业技术综合研究所（AIST，简称产综研）2014年6月24日在“AIST光伏发电研究成果报告会2014”上宣布开发出了可将异种半导体构成的太阳能电池的pn层贴合起来的“Smart Stack”技术。该技术因可在Si类和CIGS类太阳能电池上接合层积III-V族pn结，所以能低成本制造高效率的太阳能电池。
开发该技术的是AIST光伏发电工程研究中心的先进多结器件小组。据称该小组制作了在CIGS类太阳能电池上层叠GaAs和GaInP双结太阳能电池的发电元件，确认了可获24.2％的转换效率。
四结以上的多结太阳能电池由于晶格常数不同等原因，很难利用以往的晶体生长技术制作高性能元件。因此，该研究小组在开发不是全部用晶体生长，而是将分别制作的电池单元物理贴合起来的“Mechanical Stack”技术。
产综研的Smart Stack可以说也是这种技术之一。迄今Smart Stack和Mechanical stack的最大的不同，是在粘合面以1×1010个/cm<SUP>2</SUP>的密度配置直径50nm的钯颗粒。据称，由此可无需像以前的Mechanical stack那样对用电子束和等离子的贴合面做表面处理，所需的表面平坦性也由1nm以下大幅放宽到10nm左右。
具体来说，就是利用聚苯乙烯等高分子材料的自组织现象，在底部电池单元上以100nm的间距、基本等间距地配置钯纳米颗粒，之后以等离子处理去除高分子材料。
接下来，剥离粘贴在其上的顶部电池单元的基板，利用加重粘接法、即加压粘接的方法与底部电池单元贴合。
此次实际试制了两种太阳能电池。一种是GaInP、GaAs、InGaAsP、InGaAs四结太阳能电池，另一种是GaInP、GaAs、CIGS三结太阳能电池。
四结太阳能电池是分别制作底部单元：在InP基板上制作的InGaAs、InGaAsP双结太阳能电池，和顶部单元：在GaAs基板上制作的GaAs、GaInP双结太阳能电池。剥离GaAs基板后，将将顶、底部两个电池贴合在一起制成。太阳能电池的转换效率在不聚光时为30.4％，电池单元的尺寸约为5mm见方。
三结太阳能电池，是分别制作底部单元：在玻璃基板上制作的CIGS类太阳能电池，和顶部单元：在GaAs基板上制作的GaAs、GaInP双结太阳能电池。剥离顶部电池单元的GaAs基板后，将顶、底部两个电池贴合制成。转换效率为24.2％，产综研表示，“（转换效率）在这种组合的太阳能电池中为世界最高值”。
这些技术中，GaAs基板剥离后可以再利用。因此，尤其是后者的三结太阳能电池，能在实现高转换效率的同时，把价格降到与低成本CIGS类太阳能电池相当的水平。
产综研表示，今后的课题是“对电池单元尺寸较大情况下的基板剥离技术和加重粘接法进行优化”。（作者：野泽 哲生，日经技术在线！供稿）
