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CIGS太陽電池にカドミウムを使わない製造方法が開発 変換効率も維持

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CIGS太陽電池にカドミウムを使わない製造方法が開発 変換効率も維持

キヤノングループの製造装置メーカーであるキヤノンアネルバ(神奈川県川崎市)と産業技術総合研究所は共同で、ドライプロセスだけで形成したカドミウム(Cd)を含まないCIGS太陽電池において、従来の手法である部分的にウェットプロセス(溶液成長法)を用いた場合に近い光電変換効率を実現する技術を開発したと発表した。

太陽電池にはバッファ層と呼ばれる層がある。CIGS太陽電池においては、光吸収層であるCIGS層と、透明導電膜の層の間に挿入される薄膜の層がバッファ層で、太陽電池の性能に大きな影響を及ぼしている。

今回開発した技術の特徴は、バッファ層の成膜方法にドライプロセスであるスパッタリングを用いることと、バッファ層材料がZnMgO(酸化亜鉛にマグネシウムを混合した物質)であること。この技術を用いたCIGS小面積セル(0.5平方cm)において、光電変換効率16.2%(反射防止膜あり)を達成した。

評価を行ったCIGS太陽電池のセル構成

評価を行ったCIGS太陽電池のセル構成

この技術を用いることにより、CIGS太陽電池から有害物質であるカドミウム(Cd)を排除できるばかりではなく、工程簡略化によりコスト削減を実現するオールドライプロセスでの高効率CIGS太陽電池製造の実現が期待される。

CIGS太陽電池は、光電変換効率が高い、経年劣化が少なく長期信頼性に優れるといった特徴を持つ高性能な薄膜太陽電池のひとつで、近年多くのメーカーによって量産化が進められている。

現在量産されているCIGS太陽電池では、光吸収層のCIGSはドライプロセスである多元蒸着法やスパッタリング+セレン化法といった方法で形成されているのに対して、バッファ層はウエットプロセスである溶液成長法(CBD法)により形成された硫化カドミウム(CdS)が多く用いられている。

しかし、CdSは有害物質であるカドミウムを含んでおり、環境負荷低減のためにバッファ層のCdフリー化が求められている。また、ドライプロセスによるバッファ層形成の研究開発も進められており、CIGS太陽電池の量産工程に検討が行われてきたが、大規模な量産化に成功した例はこれまでにない。

ウエットプロセスを用いたものでは、Cdを含まないバッファ層で高い光電変換効率を達成した例はいくつか報告されているものの、CIGS上にバッファ層をドライプロセスであるスパッタリングで形成したものでは高い光電変換効率は達成されていない。量産に適したスパッタリングによってバッファ層を形成することができれば、オールドライプロセスによるCIGS太陽電池の製造が可能となる。

そこで、今回、キヤノンアネルバの持つ高度なスパッタリング成膜技術、および産業技術総合研究所の持つ高度なCIGS太陽電池作製技術を組み合わせて、研究開発を進めた。その結果、Cdフリーのオールドライプロセスによっても高い光電変換効率を持つCIGS太陽電池を実現できることがわかった。今後はオールドライプロセスでのさらなる光電変換効率の向上を目指すとともに、大面積基板への適用や、装置の事業化に向けた開発を進めていく。

なお、この技術については2013年3月27~30日に神奈川工科大学(神奈川県厚木市)で開催される第60回応用物理学会春季学術講演会で発表する予定。

【参考】
産総研 - スパッタリングによるバッファ層で高効率CIGS太陽電池を実現

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