光発電素子の高効率化とシステム設計

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従来の太陽電池材料は、Si(結晶、アモルファス)、GaAs、CdSに限られていたといえる。本研究では、禁制帯幅がより太陽光に近いZnS-ZnTe、CdSe-ZnTeを初め〔青木昌治(東理大・工)〕、【Zn_3】【P_2】〔栗田正一(慶大・理工)〕の新しい材料を提案し、それぞれの薄膜化に成功し、これらの材料が光発電素子用材料として、従来の材料よりも優れた性質をもっていることを明らかにした。これまでの太陽電池の形成法は熱プロセス(結晶)プラズマプロセス(アモルファス)が用いられていた。この手法では高効率化に限界がある。そこで本研究では、新しく、結晶系に対しては水素プラズマの導入〔針生尚(東北大・工)〕、アモルファスに対しては光励起プロセスの導入〔高橋清(東工大・工)〕を提案し、これらの方法が、高効率化には極めて有効であることを示した。太陽光を有効に吸収するためには、従来の単一材料では不可能である。本研究では、禁制帯幅の異なる複数の材料を用いた、いわゆる波長分割方式を提案し〔佐々木昭夫(京大・工)〕、またアモルファスと結晶とのハイブリッド〔浜川圭弘(阪大・基工)〕も提案され、その有効性を明らかにした。また光励起された電子一正孔を効率よく分離する方法として電圧印加型誘起接合が提案された〔松波弘之(京大・工)〕。またアモルファスSi太陽電池の光強度と収集効率との関係から、アモルファスSiのギャップ状態密度が求められることを明らかにした〔後川昭雄(宇宙研)〕。システム設計の一環として、Solar Redox Systemを提案し、電力貯蔵機能として秀れていることを明らかにすると同時に、運転時における損失を最小限にする設計の基礎的知見を得た〔本間琢也(筑波大)〕。以上が、新材料の開発、新プロセスの開発、新型構造光発電素子、システム設計に関する研究成果の概要である。