軽量フレキシブルなCIS系太陽電池モジュールの高効率化に成功――光電変換効率18.6%を達成 産総研とトヨタ自動車

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産業技術総合研究所(産総研)は2021年5月31日、トヨタ自動車と共同で、フレキシブルなCIS系太陽電池モジュールの高効率化に成功したと発表した。

産総研によると、太陽光発電に使用される太陽電池は、現在主流の結晶シリコン系の他にもさまざまな種類のものが登場するようになってきた。その中でも銅(Cu)、インジウム(In)、セレン(Se)の3元素を主体としたカルコゲナイド系薄膜を光吸収層とするCIS系太陽電池は、光電変換効率や長期信頼性が高いことで知られている。しかし、CIS系太陽電池は重いガラス基板を用いており柔軟性に乏しいために、軽量で局面追従が可能なCIS系太陽電池モジュールの開発が期待されていた。

ガラス基板からCIS系太陽電池を形成する際には、光吸収層に拡散、添加されるアルカリ金属によって高性能化を実現していたが、フィルム基板から形成する場合は同様の拡散添加ができないために、従来とは異なった金属添加制御技術が必要だった。

今回の研究では、CIS系薄膜の光電変換効率を向上するためにASTL法を使用。光吸収層の成膜後にもアルカリ金属を添加した。ASTL法は、裏面電極層を形成する前にアルカリ金属供給層として数十nmから数µmのケイ酸塩ガラス薄膜をプリカーサ層として形成し、この層の成膜条件制御によって裏面電極層を通過してCIS系光吸収層に取り込まれるアルカリ金属量を制御する手法だ。

基板には靭性と弾力性に優れるフレキシブルセラミックシートを使用して、さまざまな基板上で検証を実施した後、17セル集積型のフレキシブルCIS系太陽電池モジュールを作製。第三者による性能測定の結果、変換効率18.6%を示した。従来、軽量フレキシブル型のCIS系太陽電池ミニモジュールの世界最高効率は16.9%であったが、それを超えてガラス基板タイプの同モジュールの変換効率18~19%と同等の変換効率を示した。

今回のフレキシブルなCIS系太陽電池ミニモジュールの変換効率向上によって、CIS系材料を活用した太陽光発電の用途拡大に道がひらけたという。今後は曲線因子の改善などによってさらなる高性能化が期待でき、企業や大学などと連携しながらより高い光電変換効率を目指す。

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