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日本福島大學(xué)10月5日宣布，運用噴墨涂布方式，制成了背面電極式晶體硅型太陽能電池。比報紙還薄，而且能彎曲。




使用減薄了的硅基板，采用背面電極的異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制造工藝。

用噴墨涂布方式形成了背面電極的蝕刻掩模。

這是全球首例表面沒有電極且可自主彎曲的太陽能電池。因為易于在曲面上設(shè)置，所以有望應(yīng)用于建筑物、便攜式終端、汽車等廣泛用途。



以噴涂簡化工藝。在形成蝕刻掩模時與光刻的差異

在這種價格低廉、輕薄且可彎曲的太陽能電池中，使用化合物或非晶硅制成的薄膜型太陽能電池比較知名，而使用硅基板的晶體硅型，將基板的厚度縮小到50μm（μm：微為百萬分之1）以下也能實現(xiàn)。



本次開發(fā)的太陽能電池

要進一步提高晶體硅型太陽能電池轉(zhuǎn)化效率有兩個可行的方法，分別是異質(zhì)結(jié)和背面電極。福島大學(xué)對減薄厚度的晶體硅型太陽能電池就采用了這兩種方法。

異質(zhì)結(jié)是將物性不同的半導(dǎo)體材料接合起來的技術(shù)，把能將不同波長的光轉(zhuǎn)換為電的材料組合起來，可以提高轉(zhuǎn)換效率。

福島大學(xué)此次組合了晶體硅和非晶硅。將厚度為280μm的硅基板以研磨和蝕刻變薄，形成了異質(zhì)結(jié)型太陽能電池。加工后的總厚度約為53μm。

背面電極是只在太陽能電池的背面形成電極，并高效輸出電能的技術(shù)。一般的晶體硅型太陽能電池表面有電極，受光面積會因此而減少。將電極集中到背面，受光面變大，每個單元（發(fā)電元件）的轉(zhuǎn)換效率會提高。

用噴墨涂布方式形成背面電極。

現(xiàn)在背面電極的形成，采用的是半導(dǎo)體常用的光刻技術(shù)，精度能達(dá)到±1μm以下。因為在形成的過程中，需要反復(fù)去除多余的膜，所以不僅工序復(fù)雜，材料的利用率也低至不到5％，而且每道工序都需要使用昂貴的制造裝置。

噴墨涂布與光刻相比，不僅可以大幅降低裝置的價格，還可使材料利用率達(dá)到90％以上。

此次，福島大學(xué)在光刻部分運用噴墨涂布技術(shù)，不但簡化了工序，還實現(xiàn)了太陽能電池所需要的±50μm的精度。

在形成特定膜之后，在上面噴涂了“掩模”，用來保護需要保留的部分。過去形成掩模的形狀需要經(jīng)過涂布光刻膠、曝光、顯影三道工序，而此次采用噴涂，只需要一道工序，就制作出了相同的形狀。

據(jù)稱，迄今沒有過由背面電極來減薄晶體硅型太陽能電池厚度的嘗試。這一方面是因為由光刻制作背面電極使用的制造裝置價格高昂，另一方面是因為基板減薄后的問題。

在減薄之后，基板的機械負(fù)載會變?nèi)?。因此，在后續(xù)的制造工序中，會因為受到機械應(yīng)力而發(fā)生破損。

在此之前曾經(jīng)有兩個開發(fā)先例。二者都沒有采用硅基板，而是使用以氣體為原料形成（外延生長）的薄膜硅，并且接合了玻璃和硅制成的支持基板，以彌補機械強度的不足，使其能夠耐受生成電極等工序。

據(jù)稱，噴墨涂布的運用也能防止減薄后的硅基板承受過大的機械載荷。此次，福島大學(xué)對減薄到大約53μm的硅基板直接進行處理，成功形成了背面電極。

太陽能電池單元的尺寸約為10mm見方，3個單元排列在PET薄膜基板上，組成了50mm×19mm的太陽能電池模塊。

此次開發(fā)的電池轉(zhuǎn)化效率雖然只有10.7％，但通過改進制造工藝等，設(shè)想可以提高到接近20％。

此為在文部科學(xué)省的地方創(chuàng)新戰(zhàn)略支援計劃“可再生能源先驅(qū)之地福島”中，在日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的協(xié)助下取得的研究成果，將在10月19～20日于BigPalette福島舉辦的“第5屆福島復(fù)興可再生能源產(chǎn)業(yè)展2016”上展示。