太陽電池モジュール内酢酸の非破壊検出用局在表面プラズモン共鳴センサの開発

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太陽光発電コストの低減は、我が国の電力エネルギ確保の観点から喫緊の課題である。太陽光発電コストを低減するためには、太陽電池（PV）セルの発電効率向上と共に、PVモジュール長寿命化による発電総量の向上が必要である。しかし、現状のPVモジュール耐久性は20年程度であり、耐久性を損なう主要因として、封止材エチレン酢酸ビニル共重合樹脂（EVA）から発生する酢酸による問題が報告されている。そのため、PVモジュールの耐久性向上につなげるためには、PVモジュール内の酢酸濃度分布をモニタリングし定量評価する必要がある。現在、PVモジュール内の酢酸濃度の定量評価には、イオンクロマトグラフ分析法が用いられている。しかし、本手法は破壊測定であり、試料取り出し時の酢酸蒸発に起因する測定結果のばらつき、同一PVモジュールの経時評価不可能などの問題がある。近年、ラマン散乱分光法による非破壊酢酸検出が試みられているが、定性評価に留まっている。そのため現在、PVモジュール内の酢酸濃度を非破壊・定量評価する手法が全くない状態である。本研究では、太陽電池モジュール外部から光によるリモートセンシングが可能な局在表面プラズモン共鳴（LSPR）酢酸検出センサを開発し、高温高湿試験中のPVモジュール内の酢酸濃度を非破壊・経時的・定量的に明らかにする。そこで本年は、LSPR酢酸検出センサの開発を進めた。まず、有限差分時間領域法電磁場解析によりLSPRセンサ構造の設計・最適化を行った。その結果、直径1 μmシリカ粒子の六方最密充填構造に金50nmを蒸着したセンサが最適であった。次に作製したLSPRセンサの屈折率感度、耐熱性評価を行い、PVモジュール製造時およびダンプヒート試験中の高温環境に十分耐えられるLSPRセンサを開発した。