從太陽能電池的光電轉換效率來看，現(xiàn)在主流的結晶硅型太陽能電池“已經(jīng)逼近了理論極限”（三洋電機研究開發(fā)本部先進能源研究所太陽能研究部部長丸山英治）。結晶硅型太陽能電池的理論轉換效率約為29％。其最大決定因素是結晶硅的固有帶隙。因為用于發(fā)電的光線波長有限，所以效率會受到遏制。要想進一步提高效率，就需要采用替代結晶硅的新材料或量子效應等新技術擴大吸收范圍，突破“Si的理論極限”。其目標是超越40％。面向新的目標，太陽能電池的開發(fā)即將邁入新紀元（圖1）。

圖1：終極太陽能電池的實現(xiàn)過程現(xiàn)在主流的結晶硅型太陽能電池已經(jīng)逼近理論轉換效率。圖中左起依次為《日經(jīng)微器件》攝影和日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所、美國NanoGram、京都大學、富士電機控股的數(shù)據(jù)。

2015年左右使效率達到25～26％

結晶硅型太陽能電池轉換效率提升的極限最快會在2015年左右到來。作為在結晶硅型太陽能電池表里形成有非晶硅層的“HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin layer）太陽能電池”的獨家生產(chǎn)商，三洋電機于2009年5月在研究中實現(xiàn)了23％的單元轉換效率。該公司表示，這是10cm見方實用尺寸太陽能電池的世界最高紀錄。按照普遍看法，結晶硅型太陽能電池的理論轉換效率約為29％，而實用的最高值為25～26％，由此可見，與最高值的距離只剩下了小小幾個百分點。

　　三洋電機丸山表示：“剩余幾個百分點的轉換效率提升所面臨的課題已經(jīng)明確，只要花時間拓展現(xiàn)有技術就能穩(wěn)步實現(xiàn)。”具體的提升幅度如下：減少電極陰影的影響為5％左右，抑制透明導電膜和非晶硅層的光線吸收為5％左右，抑制非晶硅和結晶硅界面缺陷誘發(fā)的載流子復合為數(shù)％。實用的最高值僅憑這些方法就能夠實現(xiàn)。在此之前，提高轉換效率也一直使用這些方法。如果按照現(xiàn)在的速度提升，那么到2015年左右，實驗室的轉換效率將達到25～26％（圖2）。

圖2：HIT太陽能電池逼近理論極限三洋電機的“HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin layer）太陽能電池”有望在今后幾年內達到結晶硅型太陽能電池的極限。2009年之前為三洋電機數(shù)據(jù)。攝影：《日經(jīng)微器件》。

開發(fā)革命性太陽能電池

終極太陽能電池是什么樣子的？在NEDO的“革新性太陽能發(fā)電技術研究開發(fā)”計劃中，三個研究小組爭相拿出了對于轉換效率超過40％的太陽能電池形態(tài)的研究成果（圖3）。三者分別希望借助量子效應的使用、多結化和聚光裝置的并用、新材料的采用和光線管理等技術，自主開發(fā)高效太陽能電池。其共同點在于充分利用了此前無法使用的大范圍波長的光線。

圖3：結合各類技術提高效率 NEDO（新能源產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構）的“革新性太陽能發(fā)電技術研究開發(fā)”計劃正在開發(fā)的太陽能電池示例。其目標是組合各類技術，充分利用大范圍波長的光線，從而實現(xiàn)超高效率。圖中括號內為材料的帶隙。《日經(jīng)微器件》根據(jù)NEDO的資料制作。