超薄能弯曲的异质结型太阳能电池成功研发

日本福岛大学10月5日宣布，运用喷墨涂布方式，制成了背面电极式晶体硅型太阳能电池。比报纸还薄，而且能弯曲。

 

使用减薄了的硅基板，采用背面电极的异质结太阳能电池的制造工艺。

用喷墨涂布方式形成了背面电极的蚀刻掩模。

这是全球首例表面没有电极且可自主弯曲的太阳能电池。因为易于在曲面上设置，所以有望应用于建筑物、便携式终端、汽车等广泛用途。

 

以喷涂简化工艺。在形成蚀刻掩模时与光刻的差异

在这种价格低廉、轻薄且可弯曲的太阳能电池中，使用化合物或非晶硅制成的薄膜型太阳能电池比较知名，而使用硅基板的晶体硅型，将基板的厚度缩小到50μm(μm：微为百万分之1)以下也能实现。

 

本次开发的太阳能电池

要进一步提高晶体硅型太阳能电池转化效率有两个可行的方法，分别是异质结和背面电极。福岛大学对减薄厚度的晶体硅型太阳能电池就采用了这两种方法。

异质结是将物性不同的半导体材料接合起来的技术，把能将不同波长的光转换为电的材料组合起来，可以提高转换效率。

福岛大学此次组合了晶体硅和非晶硅。将厚度为280μm的硅基板以研磨和蚀刻变薄，形成了异质结型太阳能电池。加工后的总厚度约为53μm。

背面电极是只在太阳能电池的背面形成电极，并高效输出电能的技术。一般的晶体硅型太阳能电池表面有电极，受光面积会因此而减少。将电极集中到背面，受光面变大，每个单元(发电元件)的转换效率会提高。

用喷墨涂布方式形成背面电极。

现在背面电极的形成，采用的是半导体常用的光刻技术，精度能达到±1μm以下。因为在形成的过程中，需要反复去除多余的膜，所以不仅工序复杂，材料的利用率也低至不到5%，而且每道工序都需要使用昂贵的制造装置。

喷墨涂布与光刻相比，不仅可以大幅降低装置的价格，还可使材料利用率达到90%以上。

此次，福岛大学在光刻部分运用喷墨涂布技术，不但简化了工序，还实现了太阳能电池所需要的±50μm的精度。

在形成特定膜之后，在上面喷涂了“掩模”，用来保护需要保留的部分。过去形成掩模的形状需要经过涂布光刻胶、曝光、显影三道工序，而此次采用喷涂，只需要一道工序，就制作出了相同的形状。

据称，迄今没有过由背面电极来减薄晶体硅型太阳能电池厚度的尝试。这一方面是因为由光刻制作背面电极使用的制造装置价格高昂，另一方面是因为基板减薄后的问题。

在减薄之后，基板的机械负载会变弱。因此，在后续的制造工序中，会因为受到机械应力而发生破损。

在此之前曾经有两个开发先例。二者都没有采用硅基板，而是使用以气体为原料形成(外延生长)的薄膜硅，并且接合了玻璃和硅制成的支持基板，以弥补机械强度的不足，使其能够耐受生成电极等工序。

据称，喷墨涂布的运用也能防止减薄后的硅基板承受过大的机械载荷。此次，福岛大学对减薄到大约53μm的硅基板直接进行处理，成功形成了背面电极。

太阳能电池单元的尺寸约为10mm见方，3个单元排列在PET薄膜基板上，组成了50mm×19mm的太阳能电池模块。

此次开发的电池转化效率虽然只有10.7%，但通过改进制造工艺等，设想可以提高到接近20%。

此为在文部科学省的地方创新战略支援计划“可再生能源先驱之地福岛”中，在日本产业技术综合研究所的协助下取得的研究成果，将在10月19～20日于BigPalette福岛举办的“第5届福岛复兴可再生能源产业展2016”上展示。