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» 2016年03月28日 11時30分 UPDATE

高効率太陽電池:シリコンを用いた高効率太陽電池、「限界」を突破するには (1/4)

安価な部材を使い、製造しやすく、高効率な太陽電池を作りたい。米NRELとスイスCSEMが2016年1月に発表した手法では、シリコン技術をベースに異種の半導体を組み合わせた。2層を上下に並べて機械的に接続し、29.8%という高い変換効率を得た。どのような特徴がある技術なのか、NRELのDavid Young氏に開発ポイントを聞いた。

[畑陽一郎,EE Times Japan]

 米国立再生可能エネルギー研究所(NREL:National Renewable Energy Laboratory)とスイス連邦政府などが出資する研究機関Swiss Center for Electronics and Microtechnology(CSEM)は、変換効率29.8%の太陽電池セルを共同で開発したと2016年1月に発表している(図1)。この太陽電池はどのような点で優れているのか、技術の内容を紹介した後、開発者の1人であるNRELのDavid Young氏へのインタビューを紹介する。

yh20160324T_cell_590px.jpg 図1 変換効率29.8%の太陽電池セルの外観 セルの全面積は1cm2。NRELがGaInP層を、CSEMがSi層を担当し、NRELが2つの層をスタックした。出典:NREL、CSEM

 両研究所が開発した太陽電池セルは、単結晶シリコン(Si)太陽電池の上に、III-V族化合物半導体であるガリウムインジウムリン(GaInP)太陽電池を重ねた二接合構造を採る。「シリコン+α」という形式をとる太陽電池では、29.8%という今回の数字が変換効率の世界記録だ*1)

*1) 自然状態の太陽光に似せた試験環境(非集光)における結果。Progress in Photovoltaics誌(米John Wiley&Sons)による「Solar cell efficiency tables(version 47)」

太陽光の性質を生かす

 2種類の太陽電池を上下に積み重ねた理由は、太陽スペクトルの形状と半導体のバンドギャップから理解できる。

 太陽から地表に到達する光は図2のように波長300nmから2500nmまで広い範囲にわたるスペクトルを採る。近赤外線がエネルギーの52%を、可視光線がエネルギーの43%を占める。紫外線は5%と少ない。

yh20160324T_spectrum_590px.png 図2 太陽光のスペクトル なだらかな曲線は大気圏外の状態。大気中の水やオゾン、二酸化炭素によって光吸収を受けるため、地表では朱色で示したスペクトルに変化する。可視光線の領域をカラーのグラデーションで示した。出典:Phil Stoffer氏(http://geologycafe.com/)
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