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薄膜シリコン太陽電池で発電効率10.5%達成 産総研が「光閉じ込め構造」を開発

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薄膜シリコン太陽電池で発電効率10.5%達成 産総研が「光閉じ込め構造」を開発

産業技術総合研究所は、太陽光発電技術研究組合と共同で、薄膜シリコン太陽電池内部の光吸収力を増強する新しい「光閉じ込め構造」を開発した。この構造を用いた薄膜微結晶シリコン太陽電池で、これまでで最高となる発電効率10.5%を達成した。

今回開発された光閉じ込め構造は、従来用いられてきた不規則性をもつ光散乱構造と異なり、直径数µmの穴が蜂の巣状に並んだ周期構造を持っている。この構造では、光閉じ込め構造の形状やサイズと太陽電池特性の相関を明確に把握できる。これを元に、周期構造を最適化し、さらにドーピング層と透明導電膜を高度化したことで、高い短絡電流密度が得られた。

この結果は、高度に制御した光閉じ込め構造によって太陽電池内部の光吸収力を効果的に増強できることを示し、設計の最適化や多接合太陽電池への応用によって、一層の高性能化・高効率化が期待される。

ハニカムテクスチャ構造の基板上に形成した微結晶シリコン太陽電池(直径5cm)

ハニカムテクスチャ構造の基板上に形成した
微結晶シリコン太陽電池(直径5cm)

現在製品化されている太陽電池の多くは結晶シリコン太陽電池となっている。薄膜シリコン太陽電池は、発電層として膜厚数µm以下のシリコン薄膜を用いるため、原料の資源的制約がほとんどなく、プラズマ援用化学気相堆積法による大面積基板への一括製膜が可能で、量産によりコストを削減しやすいという特長がある。

また、結晶シリコン太陽電池では難しい集積型構造を形成できるため、建材一体型太陽電池への展開が容易。しかし、普及には、結晶シリコン太陽電池の約半分と低い発電効率の向上が求められている。

今回は、微結晶シリコン太陽電池について高効率化を行ったが、薄膜シリコン太陽電池は多接合構造が一般的で、発電の高効率化には全ての要素太陽電池の光吸収力増強が必要とされる。

今後は今回開発された光閉じ込め構造を多接合型太陽電池に応用し、さらなる発電効率の向上を目指す。また、今回の成果を大面積太陽電池に応用する技術も検討し、低コスト太陽電池の実現を目指す。

【参考】
産総研 - 薄膜微結晶シリコン太陽電池で発電効率10.5%を達成

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