2013年07月22日08:42
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化合物多結(jié)型太陽(yáng)能電池在聚光照射的條件下，單元轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到40％以上。為了進(jìn)一步提高其轉(zhuǎn)換效率，東京大學(xué)岡田研究室和從事檢測(cè)裝置等業(yè)務(wù)的Takano公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)出了新的評(píng)測(cè)方法“SR-V法”。該方法以實(shí)現(xiàn)聚光時(shí)單元轉(zhuǎn)換效率達(dá)到50％強(qiáng)的理論值為目標(biāo)，化合物多結(jié)型光伏電池的開(kāi)發(fā)速度有望進(jìn)一步加快。
東京大學(xué)與Takano聯(lián)合開(kāi)發(fā)的測(cè)量裝置
化合物多結(jié)型光伏電池的效率之所以較高，是因?yàn)橹丿B了具有不同帶隙的材料，能充分利用廣泛波長(zhǎng)范圍的太陽(yáng)光。比如，夏普公司2013年5月發(fā)布的達(dá)到44.4％全球最高單元轉(zhuǎn)換效率的單元，就是重疊了InGaAs、GaAs和InGaP三種子單元的三結(jié)型注1）電池。
注1）聚光倍率為302倍的條件下測(cè)量的數(shù)值。單元面積約為0.165cm2。測(cè)量機(jī)構(gòu)為德國(guó)弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所。
但由于化合物多結(jié)型光伏電池是在真空中連續(xù)形成薄膜，即便能夠測(cè)量最終制成的整個(gè)光伏電池的特性，但也無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量各子單元的特性，這是化合物多結(jié)型光伏電池面臨的一個(gè)課題。
化合物多結(jié)型光伏電池是將各個(gè)子單元串聯(lián)起來(lái)，因此，電流量最小的子單元會(huì)限制整體的電流量。如果無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量各子單元的特性，就很難對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。以前只能根據(jù)整體的I-V特性及各子單元的光譜靈敏度等，推測(cè)各子單元的特性，然后再確定開(kāi)發(fā)方針。
此次，東京大學(xué)和Takano開(kāi)發(fā)出了可解決這一問(wèn)題的測(cè)評(píng)方法。除了化合物多結(jié)型光伏電池以外，有機(jī)類及薄膜硅型等產(chǎn)品也在推進(jìn)多結(jié)化，估計(jì)新的測(cè)評(píng)方法能為多種方式的光伏電池的開(kāi)發(fā)作出貢獻(xiàn)。
根據(jù)測(cè)量值計(jì)算
SR-V法可在不連續(xù)地照射與被測(cè)子單元相對(duì)應(yīng)的光的同時(shí)，通過(guò)改變偏壓來(lái)測(cè)量電流值。與此同時(shí)，還會(huì)預(yù)先連續(xù)照射與被測(cè)對(duì)象以外的子單元相對(duì)應(yīng)的光（圖1）。對(duì)每個(gè)子單元都要反復(fù)進(jìn)行這一操作。
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圖1 通過(guò)改變偏壓來(lái)測(cè)量 照射與被測(cè)子單元對(duì)應(yīng)的單色光、同時(shí)改變偏壓，從而測(cè)量電流值的變化。根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)，計(jì)算出各子單元的特性。 |
然后，再根據(jù)獲得的各個(gè)子單元的偏壓和電流值測(cè)量結(jié)果，計(jì)算出各子單元的串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻等特性。具體方法是，在適當(dāng)?shù)卮_定串聯(lián)電阻等特性值之后，將據(jù)此推定的偏壓和電流值的關(guān)系與實(shí)際測(cè)量結(jié)果比較，然后修改特性值以使二者之間的誤差縮小。反復(fù)進(jìn)行這一操作，直到誤差變得足夠小之后，再利用“Powell混合法”計(jì)算特性值。如果使用電腦，雙結(jié)型光伏電池的計(jì)算可在約10個(gè)小時(shí)內(nèi)完成。東京大學(xué)稱，此次根據(jù)獲得的數(shù)據(jù)計(jì)算出了整體的I-V特性，其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值基本一致。
從SR-V法獲得的特性來(lái)看，很多信息都是以前的測(cè)評(píng)方法和美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）等最近開(kāi)發(fā)的測(cè)評(píng)方法所無(wú)法獲得的（表1）。東京大學(xué)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究中心新能源領(lǐng)域?qū)镅芯渴姨仄父苯淌跁也繓|馬強(qiáng)調(diào)，根據(jù)新查明的特性值，可以找到子單元的結(jié)晶性及膜厚等方面的改進(jìn)點(diǎn)，“能夠使化合物多結(jié)型光伏電池的轉(zhuǎn)換效率提高1～2個(gè)百分點(diǎn)”
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圖2 還可應(yīng)用于產(chǎn)品檢查用途 檢查出了某海外廠商的化合物多結(jié)型光伏電池晶圓面內(nèi)的特性不均問(wèn)題。各個(gè)單元之間特性存在差別，發(fā)現(xiàn)了結(jié)晶性等存在問(wèn)題的單元。（本圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)東京大學(xué)的資料繪制） |
除了研發(fā)用途之外，新的測(cè)評(píng)方法還有望用于產(chǎn)品檢查用途。用新方法測(cè)評(píng)其他國(guó)家廠商的化合物多結(jié)型光伏電池晶圓時(shí)發(fā)現(xiàn)，位于晶圓面內(nèi)不同位置的子單元之間的特性存在偏差（圖2），而采用原來(lái)測(cè)量整體I-V特性的方法時(shí)，則看不到這一特性差別。東京大學(xué)稱，這種特性不均有可能會(huì)對(duì)光伏電池的長(zhǎng)期可靠性造成影響。（日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng) 供稿）
