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産総研、多接合太陽電池を安価に製造する新技術を開発

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産総研、多接合太陽電池を安価に製造する新技術を開発

産業技術総合研究所(産総研)は、超高効率の多接合太陽電池を安価に製造するスマートスタック技術を開発したと発表した。

多接合太陽電池は、吸収する太陽光の波長が異なる太陽電池セルを直列につなぎ合わせ、全波長の太陽光を吸収することにより変換効率を高めた太陽電池であるが、現在の方法では製造コストが高いなどの課題を抱えている。

今回開発された技術では、複数の太陽電池セルの接合界面にパラジウムナノ粒子を配列することで、異種材料の太陽電池を接合でき、電気的・光学的にもほとんどロスがない。

接合界面にパラジウムナノ粒子が並び、電気的・光学的にロスを抑えた

接合界面にパラジウムナノ粒子が並び、電気的・光学的にロスを抑えた

短波長領域を吸収するガリウムヒ素系高効率化合物太陽電池と、長波長領域を吸収する安価なCIGSやシリコンを接合することが可能で、CIGS上にガリウムヒ素とガリウムインジウムリン太陽電池を接合した3接合太陽電池は、変換効率が24.2%だった。

Pdナノ粒子の電子顕微鏡像と実際に作製した太陽電池

Pdナノ粒子の電子顕微鏡像と実際に作製した太陽電池

また格子定数が異なるため、結晶成長では接合できないガリウムヒ素基板とインジウムリン基板を用い、それぞれの上に作製した太陽電池を4種接合した(4接合太陽電池)ところ、変換効率は30.4%となった。ガリウムヒ素基板は再利用できる素材で、同技術開発により、安価な超高効率多接合太陽電池の普及が期待される。

結晶成長では接合できないガリウムヒ素基板とインジウムリン基板をつなぎ、変換効率30%越えを実現した4種接合太陽電池

結晶成長では接合できないガリウムヒ素基板とインジウムリン基板をつなぎ、変換効率30%越えを実現した4種接合太陽電池。40%超えも可能であるという

これまでの多接合太陽電池は、結晶成長技術により複数のセルを一括形成する方法が主流となっているが、結晶成長させるためにセル材料の選択が制限され、成長技術も難しいという問題点があった。

また、真空中で半導体表面をプラズマなどで活性化し、直接接合する方法(メカニカルスタック太陽電池)もあるが、この場合、半導体表面が極めて平坦であることや、材料が高価なIII−V族化合物半導体太陽電池であることが条件となる。

これらの理由から、多接合太陽電池は価格が高く、現在の用途は宇宙用や集光発電施設用に限定されている。が、同技術が実用化されれば、超高効率で安価な多接合太陽電池の、一般的な発電用への利用も期待できる。

同技術により試作した素子の信頼性試験では、60℃の温度下で20年以上の安定性が確認され、長期的で実用的な温度耐性があることも証明されている。

開発を行ったのは、同研究所の太陽光発電工学研究センターの菅谷武芳研究チーム長、牧田紀久夫主任研究員と、再生可能エネルギー研究センターの水野英範研究員ら。同研究グループは、今後も一般発電用を視野に入れた実用化を目指し、同技術での低コストと高効率化の研究を進める構えだ。なお、
同技術の詳細は6月に開催された「AIST太陽光発電研究成果報告会2014」で発表された。

【参考】
産総研 - 異種材料を組み合わせた次世代多接合太陽電池を開発

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