東芝、亜酸化銅太陽電池の透明化に成功――低コストで高効率なタンデム型太陽電池の開発が可能に

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透過型亜酸化銅(Cu2O)太陽電池(小型セル:サイズ25mm角)

東芝は2019年1月21日、タンデム型太陽電池に利用可能な、亜酸化銅(Cu2O)太陽電池の透明化に成功したと発表した。

透明な上層のトップセルと下層のボトムセルからなるタンデム型太陽電池は、従来の結晶シリコン(Si)単体の太陽電池よりも高い発電効率が期待できる。現在、ガリウムヒ素半導体などを用いたタンデム型太陽電池が製品化されており、結晶Si太陽電池と比較して1.5~2.0倍の発電効率が報告されている。しかし、製造コストが従来より数百~数千倍高いことが課題となっていた。

今回開発した透明型Cu2O太陽電池は、短波長光を吸収して発電し、長波長を約80%透過できる。これをトップセルに用いて、現在普及している結晶Siをボトムセルに用いることで、短波長から長波長まで効率よく光エネルギーを変換することが可能だ。加えて、Cu2Oは豊富に存在するために、従来のタンデム型太陽電池よりも低コストで生産できるようになる。

従来Cu2Oは、酸化銅(CuO)や銅(Cu)などの不純物が生成しやすく、しかも混ざりやすい性質を持つ。しかし今回Cu2Oの薄膜を形成するプロセス上で、酸素量を精密に制御する独自の成膜法を適用。薄膜内部のCuOやCuの発生を抑制して、Cu2Oの透明化に成功した。これにより、波長600nm以上の長波長の約80%を透過することができる。

同技術を用いて試作したプロトタイプのタンデム型太陽電池による実験では、ボトムセルに用いた結晶Si太陽電池が、単体使用時の約80%の高出力を維持して発電することが確認できた。

今後については、3年後に透過型Cu2O太陽電池をトップセルに用いた低コスト型のタンデム型太陽電池の完成を目指すという。

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