中国矿大与美伊利诺伊大开发四结光伏电池 效率为43.9%

美国伊利诺伊大学（University of Illinois）与合作伙伴通过使用一些源自印刷的技术，开发出了能够以较高的成品率制造1000倍聚光下转换效率为43.9％的四结光伏电池单元的技术，相关论文已经刊登在学术期刊《Nature Materials》的在线版上。单元的尺寸仅为650μm（0.65mm）见方，适用于聚光型光伏电池，安装了聚光系统的模块的转换效率为36.5％。

开发出该技术的研究小组，由伊利诺伊大学、美国聚光型光伏发电系统制造商Semprius、为这种系统制造多结光伏电池的厂商Solar Junction以及中国矿业大学的研究人员组成。

　　开发的四结光伏电池（摄影：Xing Sheng， 伊利诺伊大学，以下同）

　　从顶部单元一侧看去

　　安装了聚光透镜的模块。

透镜分两级，第一个透镜是由大约2cm见方的透镜粘接而成，第二个透镜（右下角放大图像）是直径为2mm的球形透镜，通过两个透镜的共同作用来实现1000倍的聚光。

这次的光伏电池各层的构成为InGaP/GaAs/InGaAsNSb/Ge，能够用来发电的波长范围十分广泛，覆盖了300nm～1700nm的范围。下面来介绍一下具体制作流程。首先，在GaAs基板上制作InGaP/GaAs/InGaAsNSb三结元件。然后通过蚀刻方式，熔解GaAs基板与光伏电池之间的AlInP层，使GaAs基板容易剥离。

另一方面，在形成了pn结的Ge基板上沉积GaAs层并使其图案化。然后利用旋涂法，在其表面涂抹起到“浆糊”作用的As2Se3溶液。厚度只有10nm。

最后，把表面实施了凹凸加工的硅树脂“PDMS（二甲基聚硅氧烷）”按压在GaAs基板上，将其表面的三结元件转印至PDMS，再通过压接至GaAs/Ge基板等工序，制作出四结光伏电池。

四结光伏电池的先驱同样采用粘接方式制作

四结光伏电池是德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（Fraunhofer ISE）等在2013年开发出来的，效率高达44.7％（聚光297倍下），是多结型光伏电池的全球最高效率。Fraunhofer ISE也利用晶圆键合的方法，把GaAs晶圆上形成的GaInP/GaAs元件与InP晶圆上形成的GaInAsP/GaInAs元件粘接，制造出了四结光伏电池。

受到晶格常数和电流整合性等条件的限制，四结光伏电池难以通过外延生长的方式来形成所有的化合物半导体层，因此，粘接可能会成为主流制造方法。

顺便一提，在三结光伏电池方面，夏普于2013年开发出了转换效率为44.4％（307倍聚光下）的单元。

此次43.9％的效率虽然并不出众，但其独特之处在于部分制作工序使用了与印章十分相近的、源于印刷的技术以及旋涂法等，成品率高达95％以上。（记者：野泽 哲生，《日经电子》）