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

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。

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。

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/）