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次世代薄膜太陽電池の開発

溶液成長ZnSバッファ層を有する薄膜太陽電池の構造と断面TEM(透過電子顕微鏡)写真

図1 溶液成長ZnSバッファ層を有する薄膜太陽電池の構造と断面TEM(透過電子顕微鏡)写真

 近年、地球温暖化防止などの環境保全の必要佳から、クリーンで非枯渇な太陽光発電に大きな期待が寄せられている。しかしながら現在実用化されている結晶シリコン太陽電池は電力料金に比べ割高なことや原料の供給不安などからその普及促進は充分でない。この対策として現在、低コスト薄膜太陽電池の研究開発が、国の進めるニュ一サンシャイン計画の下で活発に行われており、CuInSe2(CIS)系太陽電池は次世代薄膜太陽電池の有力候補として位置付けられている。開発者らは国内で初めてCIS系太陽電池の研究開発を手掛け、草分け的な研究を推進して来たが、ここ数年で格段に電池性能を向上させ、多結晶Si太陽電池に匹敵する変換効零17%を達成した。この電池構造は、透明導電膜/CdS バッフア層/CIS 系光吸収層/裏面電極/ガラスを積層したものであるが、さらに光をガラス基板側から入射する新型スーパーストレートCIS 系太陽電池を開発し、このタイプで従来の壁であった10%を大幅に越える変換効率13%を得た。また、毒性の強いCdを含まないCIS 系薄膜太陽電池を開発し、変換効率l6%の世界記録を達成するのに成功した。

 当開発を総括した國岡昭夫氏は、現在の太陽電池の基礎となる光起電力素子(光電池)に関して、草分け的な研究をしてきた。電気学会においては、永らく調査専門委員会委員長、技術委員会委員長や電気学会主催の「センサの基礎と応用」シンポジウム実行委員長を歴任するなど、間連分野の発展に寄与した。また、最近では電気学会E部門の設立に尽力し、E部門副部門長およびE部門編集委員会委員長としても頁献している。CIS系太陽電池に関しては、その将来牲にいち早く着目し、国内では最も早く研究開発を開始した。これまで多くの成果を公表してきたが、ここ数年で格段の性能向上に成功し、多結晶Si 太陽電池に匹敵する変換効率17%を得た。一方、現在の高効率CIS 系太陽電池にはCdS バッファ層を用いているが、環境間題から毒桂の強いCd の完全除去は将来重要な課題となる。このような状況の中で、今回、新たに開発したZnS 系バッファ層で変換効率l6%の世界記録を達成したことは、有毒なCd を用いなくても高効率CIS 系太陽電池製造が可能なことを実証した点で画期的な開発である。さらに光をガラス基板側から入射する新型スーパーストレートCIS 系太陽電池を開発し、このタイプで従来の壁であった10%を大幅に越える変換効率13%を得た。このタイプは低コスト量産化に向いており、この成果は今後の低コストCIS 系太陽電池開発の一方向を示す意味で画期的な開発と言える。また、CIS 系は宇宙用「光センサ」材料として期待できることから、当該研究の成果は低コスト太陽電池の分野に留まらず、センサ分野への新たな発展に寄与するものと思われる。

電気学会は、この成果を称えて、國岡昭夫氏、中田時夫氏(青山学院大学)に、1999年、電気学会振興賞(進歩賞)を贈呈した。


文献

[1] 中田、毛利、岡野、國岡、スタナイト型Cu(In, Ga)3Se5系薄膜太陽電池、1997年、平成9年7月 第6回「高効率太陽電池および太陽光発電システム」ワークショップ
[2] T. Nakata, D. Iga, H. Ohno, A. Kunioka、Effects of Sodium on Cu(In, Ga)Se2-based Thin films and Solar Cells、1997年、Jpn. J. Appl. Phys. Vol.36, pp. 732-737
[3] T. Nakata, A. Kunioka、Direct evidence of Cd diffusion into Cu(In, Ga)Se2 thin films during chemical-bath deposition process of CdS films、1999年、Appl. Phys. Lett. Vol.74, No.17, pp. 2444-2446
[4] T. Nakata, K. Furumi, A. Kunioka、High Efficiency Cd-Free Cu(In, Ga)Se2 Thin Film Solar Cells with Chemically Deposited ZnS buffer Layers、1999年、IEEE Electron Devices, Vo.46, No.10, pp 2093-2097

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CIGS、Cu (In, Ga) Se2、薄膜、太陽電池、ZnS、カドミウムフリー、エネルギー新技術
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