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太陽電池の低コスト化加速、銅ペーストに注目

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産業技術総合研究所は、結晶シリコン太陽電池用の銅ペーストを開発したと発表した。安価な銅ペーストで従来の銀ペーストとほぼ同等の性能を達成し、高効率太陽電池の低コスト化を加速させることができるとしている。

銅は、銀とほぼ同等の導電性をもち、銀より2桁安価であるため、太陽電池用のペースト材料として注目されている。しかし、銀を代替するためには、銅の酸化や基板中への拡散など解決すべき課題が残されている。また、高効率太陽電池セルは、デバイス性能の熱劣化を防ぐため、製造プロセスの低温化(200℃以下)が必須とされている。

産総研では、エネルギー・情報通信機器デバイスの省エネルギー高生産性製造技術として、印刷法を駆使したデバイス製造技術の開発を行ってきた。これまでにプラスチックフィルムなどのフレキシブル基板上に素子を印刷形成することで、フレキシブルディスプレイ、フレキシブルセンサーなどを開発してきた。今回、産総研は、ナプラが独自に開発した低温焼結が可能な低温プロセス用銅ペーストに着目。この銅ペーストを利用し、スクリーン印刷低温焼結法を適用して、太陽電池セルの高生産性低損傷印刷製造への対応を実現した。

これらの技術により、低温低熱損傷加工(<200℃)、低抵抗(3x10-5Ω・cm)、低接触抵抗(5.3x10-4Ω・cm2)、高剥離強度、高安定性(耐酸化安定性)を同時に満たす、結晶シリコン太陽電池セル用電極・配線の低コスト印刷製造が可能となり、太陽電池のさらなる低コスト生産につなげることができる。また、合金ペーストの組成制御により、これらの技術をフレキシブルディスプレイやセンサーなどの多様なセル構造の配線電極形成に適用することも可能であるという。

太陽電池の普及拡大に向けては、コスト化が重要な課題となっている。低コスト化には、セル効率の向上などのほか、セルの実装製造プロセスのコスト低減なども大きく寄与することから、近年銀ペーストなどを用いた太陽電池セルの電極・配線の印刷製造に高い関心が寄せられている。しかし、昨今の世界的な需要拡大などにより、ペースト材料である銀の価格が高騰し、銀を代替する安価な金属ペーストの開発が急務とされている。

なお、本研究開発は、新エネルギー・産業技術総合開発機構の委託事業「太陽エネルギー技術研究開発/太陽光発電システム次世代高性能技術の開発/極限シリコン結晶太陽電池の研究開発(平成22~24年度)」により実施されている。

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