シャープが太陽電池で変換効率35.8％、非集光時に3接合型で達成：エネルギー技術 太陽電池

3種類の半導体を上下に重ねた化合物3接合型太陽電池の材料を変更し、高い変換効率を実現した。

[畑陽一郎，EE Times Japan]

　シャープは、2009年10月22日、化合物半導体を利用し、異種の半導体によるpn接合を3層重ねた太陽電池「化合物3接合型太陽電池」で、変換効率35.8％を達成したと発表した（図1）^＊1）。非集光型太陽電池では最も高い変換効率であると主張する^＊2）。試作したセルの外形寸法は10mm×10mmである。

＊1）3接合の場合の変換効率の理論上限値は非集光時で39％である。

＊2）同社は、2007年12月に4.5mm角の3接合太陽電池で変換効率40％を達成したと発表しているが、これは1100倍集光時の値である。2009年1月にドイツFraunhofer Institutが3接合太陽電池で達成した41.1％という値も、454倍集光時の測定値である。

図1　シャープが開発した化合物3接合太陽電池　集光を用いず変換効率35.8％を達成した。出典：シャープ

　トップ層には、バンドギャップが広く短い波長の光を吸収するInGaP（インジウム・ガリウム・リン）を用い、ミドル層はGaAs（ガリウム・ヒ素）、波長の長い光を吸収するボトム層にはInGaAsを採用した（図2）。

図2　シャープの太陽電池の層構造　3層のそれぞれ異なる化合物半導体を積層した。今回ボトム層をGe（ゲルマニウム）からInGaAs（インジウム・ガリウム・ヒ素）に変更したことで高い変換効率を実現できたという。出典：シャープ

　同社が従来試作していた化合物3接合太陽電池では、製造が容易であることからボトム層にGe（ゲルマニウム）を用いていた。Geは短絡電流密度（I_SC）が高いものの、再結合が起こりやすく、取り出し電流が低くなる。そこで今回InGaAsを用いたという。

　InGaAsは結晶性が悪いため、結晶性を高める開発を重ねた結果、今回の成果に至ったという。