Fraunhofer 研究：多接合太陽能電池效率突破 30%

矽晶太陽能電池是目前太陽能發電技術的主流，但以目前已大規模商業化的技術而言，其轉換效率預期很難超過 23%。業界與研究單位持續積極研發各種技術，以突破效率天花板；最新公開的技術證實，太陽能電池效率可突破 30%。

德國 Fraunhofer 太陽能系統研究所（ISE）與奧地利公司 EV Group（EVG）合作，成功以矽晶太陽能電池為基礎，加上擁有兩個電極的多接合太陽能電池技術，讓太陽能電池的轉換效率一舉衝高到 30.2%。矽晶太陽能電池是目前太陽能發電技術的主流，但以目前已大規模商業化的技術而言，其轉換效率預期很難超過 23%。業界與研究單位持續積極研發各種技術，以突破效率天花板；最新公開的技術證實，太陽能電池效率可突破 30%。

Fraunhofer ISE 和 EVG 的研究員透過直接晶圓接合（direct wafer bounding）製程將微米級的三五族半導體材料轉換為矽材；經電漿活化後，晶圓表面的次電池（subcell）將呈現真空狀接合，使三五族次電池表面的原子與矽原子緊密接合，形成以矽材為基礎的次電池。

透過堆疊磷化銦鎵（GaInP）、砷化鎵（GaAs）、矽（Si）等 3 種次電池所構成的多接合電池，能吸收更廣光譜的太陽光，轉換效率也能大幅提升。Fraunhofer ISE 和 EVG 成功使 4 平方公分面積的三五族半導體／矽材多接合電池之轉換效率提高到 30.2%，突破了矽晶太陽能電池的理論效率天花板 29.4%，並由 Fraunhofer 實驗室檢證完成。

▲ 三五族半導體／矽材多接合太陽能電池的電流與電壓變化曲線圖。（Source：Fraunhofer）

夏普類似技術，用於人造衛星和咖啡椅目前，這類三五族半導體／矽材多接合電池的成本仍然高昂，三五族半導體磊晶工程和接合技術等都有成本降低空間。Fraunhofer ISE 的研究人員表示會繼續進行研究，以推動轉換效率 30% 以上太陽能模組問世。

同樣以多接合技術來發展高效太陽能電池的，還有日商夏普（Sharp）。夏普今年 5 月公開與日本 NEDO 合作的研究成果，透過化合物三接合技術打造了轉換效率達 31.17%的太陽能光伏電池，為目前全球轉換效率最高的技術。

夏普的化合物三接合電池層疊磷化銦鎵、砷化鎵以及砷化銦鎵（InGaAs）等 3 層吸光構造，並以特殊的穿隧接合層與緩衝層穿插組合其中，使電池可吸收的光譜更廣、吸光效率更高。

▲ 夏普的化合物三接合太陽能電池，轉換效率紀錄為 31.17% 。（Source：夏普）

夏普於 5 月發表的 31.17% 效率紀錄實現於 986 平方公分的大面積電池上；而在這之前，同樣的技術曾在 1.047 平方公分的小面積電池上創造 37.9% 的效率。

過去，夏普將此技術應用於人造衛星上，但今年 10 月，夏普將其應用於咖啡椅上，並結合蓄電池和 USB 充電埠，打造出特別的太陽能充電椅，目前已設置在東京的 3 家 Starbucks 門市。