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» 2017年04月12日 07時00分 UPDATE

「発電コスト7円/kWhの実現へ」:神戸大学、変換効率が50%超える太陽電池構造を発表

神戸大学は、従来セルを透過して損失となっていた波長の長い太陽光のスペクトル成分を吸収して、太陽電池セルの変換効率を50%以上まで引き上げることができる技術を発表した。

[長町基,スマートジャパン]

発電コスト7円/kWhの実現へ

 神戸大学工学研究科の喜多隆教授らの研究グループは、新しい太陽電池セル構造を提案し、従来セルを透過して損失となっていた波長の長い太陽光のスペクトル成分を吸収して変換効率を50%以上まで引き上げることができる技術を開発したと発表した。

 従来の単接合太陽電池の変換効率の理論限界は30%程度であり、入射する太陽光エネルギーの大半が太陽電池セルに吸収されずに透過するか、あるいは光子の余剰エネルギーが熱になるなどして利用されていない。

 このような損失を抑制して、変換効率限界を引き上げる太陽電池セル構造の提案、実証が世界中で精力的に行われている。神戸大学によると、現在の世界最高水準の変換効率は4接合太陽電池の46%。太陽電池の変換効率が50%を超えると発電コストは大幅に下がり、2030年に日本が目標とする発電コスト7円/kWhが実現できるとしている。

 喜多教授らは透過損失を効果的に抑制するため、異なるバンドギャップの半導体からなるヘテロ界面を利用した太陽電池を透過するエネルギーの小さな2つの光子を用い、光電流を生成する新しい太陽電池セル構造を開発した。

左=ヘテロ界面を利用した太陽電池構造と2光子(図中の黄色と赤の矢印)のアップコンバージョンの様子。半導体1だけだと本来は透過するような赤矢印や黄色矢印の光が吸収されて電流を大幅に増加させるという/右=変換効率の理論予測。ヘテロ界面を形成する2つの異なるバンドギャップの変化に応じて効率が変化する。最大変換効率は63%だ (クリックで拡大) 出典:神戸大学

 変換効率が最大で63%となる理論予測結果を示すとともに、この太陽電池セルのユニークなメカニズムである2光子によるアップコンバージョン(エネルギー昇圧)の実験実証に成功したという。実証された損失抑制効果は、これまでの中間バンドを利用した方法に比べて100倍以上にも達しており、その有効性が明らかになったとする。

 今後、最適な材料を利用した太陽電池セル構造の設計を行い、変換効率に関する性能評価を進めることで、発電コストを大幅に引き下げることができる新しい超高効率太陽電池としての応用が期待されている。

 なおこの研究は、NEDO(新エネルギー・産業技術総合開発機構)高性能・高信頼性太陽電池の発電コスト低減技術開発・革新的新構造太陽電池の開発における超効率・低コストIII‐V化合物太陽電池モジュールの研究開発で実施された。

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