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新的硅太陽(yáng)能電池之王誕生了。位于大阪的合成樹(shù)脂及塑料制造商鐘化集團(tuán)公司（Kaneka Corp）的研究人員已經(jīng)研制出了轉(zhuǎn)換效率達(dá)到破紀(jì)錄的26.3%（比之前的紀(jì)錄提高了0.7%）的單晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池。雖然看上去也許并未提高很多，但考慮到這類電池（其產(chǎn)量按千兆瓦計(jì)算占到年度全球產(chǎn)量的1/4）的理論極限效率僅為29%，這真的是一大進(jìn)步了。

鐘化是日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的項(xiàng)目成員之一。該機(jī)構(gòu)是一個(gè)政府實(shí)體，成立目的是幫助開(kāi)發(fā)和推廣新能源技術(shù)。

在生產(chǎn)新型的180平方厘米的原型電池的過(guò)程中，鐘化改進(jìn)了NEDO推廣的若干技術(shù)。其中最主要的是鐘化的專利技術(shù)——異質(zhì)結(jié)。它能夠減少重組（或者說(shuō)電阻性損耗），使太陽(yáng)能電池中的正負(fù)電荷結(jié)合從而產(chǎn)生熱量，而不是讓它們從設(shè)備中跑出來(lái)產(chǎn)生電。

此外，鐘化還改進(jìn)了太陽(yáng)能電池的叉指式電極的能量收集效率。不僅如此，該公司還將電極格柵從電池的前端——受光區(qū)域——移動(dòng)到后端，使更多的太陽(yáng)光能夠進(jìn)入電池。

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同為該NEDO項(xiàng)目成員的公司，同時(shí)也是之前的144平方厘米太陽(yáng)能電池組能量轉(zhuǎn)換率紀(jì)錄（25.6%，2014年）的保持者——松下集團(tuán)，也在其設(shè)備中采用了同樣的關(guān)鍵特性。

“不過(guò)，材料類型、生產(chǎn)過(guò)程和可供選擇的架構(gòu)都是多種多樣的。”鐘化新太陽(yáng)能電池研究團(tuán)隊(duì)中的一員吉川訓(xùn)太（Kunta Yoshikawa）說(shuō)，“我們是通過(guò)開(kāi)發(fā)自己的（化學(xué)氣相淀積）技術(shù)、光學(xué)管理和電氣接觸技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)26.3%的轉(zhuǎn)化效率。”

公司在生產(chǎn)原型電池中遇到的最大挑戰(zhàn)是在取得電池壽命和光學(xué)特性的高度平衡的同時(shí)同步減少內(nèi)阻。“雖然使單個(gè)特性取得突出價(jià)值是可能的，但要在一個(gè)設(shè)備中高度平衡3種屬性是極為困難的。”吉川說(shuō)。比如，他介紹說(shuō)，如果原型電池的生命周期較短（相較于其光學(xué)和內(nèi)阻），理論上電池的轉(zhuǎn)換效率就會(huì)下降至只有20%。

“我們?cè)O(shè)計(jì)出一個(gè)能夠產(chǎn)生卓越的光學(xué)和壽命特性的前端架構(gòu)來(lái)應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，”吉川說(shuō)，“與此同時(shí)，我們致力于確保后端架構(gòu)達(dá)到長(zhǎng)壽命下的低電阻狀態(tài)。”

展望未來(lái)，吉川說(shuō)，公司希望通過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)電池的主要屬性來(lái)最終達(dá)到該技術(shù)的理論極限——稍高于29%。下面這張圖表顯示了這一進(jìn)步相對(duì)其他光伏紀(jì)錄所處的位置。這些數(shù)字來(lái)自IEEE Spectrum網(wǎng)站的“互動(dòng)：破紀(jì)錄的光伏電池”。這一互動(dòng)工具是與美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室、日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所和德國(guó)弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所合作推出的。

作者：John Boyd