変換効率で新記録19.2％、CIS太陽電池：蓄電・発電機器（2/2 ページ）

[畑陽一郎，スマートジャパン]

改善点は2つ

　CIS太陽電池はガラス基板上に複数の薄膜を積み重ねた構造を採る（図2）。最下層は裏面電極、その上にバッファー層、光吸収層（CIS）、バッファー層、短冊状の表面電極を置く（補助的な層を含めると約9層になる）。「今回の技術開発でも従来と層全体の構造は変えていない」（ソーラーフロンティア）。

　今回の技術開発では主に2つの層を改善した。1つは光吸収層（図2のオレンジ色の層）。成膜プロセスを改良することで、品質を改善した。「当社のCIS太陽電池では（図2にあるように）光吸収層の内部でイオウ（S）とガリウム（Ga）の分布が異なる。今回はこの組成分布を変えることで短絡電流（I_SC）が向上した。品質を改善したことで欠陥が減少し、（電子と正孔の）再結合が起きにくくなった。開放電圧（V_OC）にもよい影響がある」（ソーラーフロンティア）^＊4）。

　もう1つはバッファー層だ（図2のあい色の層）。「従来と同じく上部バッファー層には亜鉛（Zn）化合物を用いているものの、より光を通しやすい材質に変更して短絡電流が高まった。こちらも開放電圧の改善につながる」（ソーラーフロンティア）。

＊4） 具体的な開放電圧や短絡電流の値は、2017年6月25日から30日まで米ワシントン特別区で開催される学会「IEEE PVSC-44」で発表を予定している。

図2　ソーラーフロンティアのCIS太陽電池モジュールの代表的な層構造　出典：NEDO成果報告会（2015年10月18日）におけるソーラーフロンティアの発表

セルからミニモジュール、サブモジュール、製品へ

　ほぼ全ての太陽電池の開発では、小面積の試作セルで新材料や新構造をまず検証する。その後、セルの面積を拡大して性能をなるべく維持しながら、製造コストを抑え、量産性を高めていく。

　ソーラーフロンティアは、このような改善プロセスを図3のように説明している。まずは1cm²以下の小面積セルで変換効率を段階的に底上げしていく（青い点線）。次に30cm角のサブモジュールに開発した技術を適用（赤い点線）、最後に60cm×120cmの製品へと仕上げていく（黒い点線）。

　今回の発表では、30cm角と同時に、7cm×5cm角のミニモジュールにおいても薄膜太陽電池の世界記録を達成したとする。変換効率は19.8％（ドイツFraunhofer研究所が測定）^＊5）。

＊5） ソーラーフロンティアによれば、従来の変換効率の世界記録は18.7％（全ての薄膜太陽電池ミニモジュールを含む）。

図3　小セルからサブモジュール、製品へと次々に技術を展開していく　出典：NEDO成果報告会（2015年10月18日）におけるソーラーフロンティアの発表