低倍率集光型シリコン系薄膜太陽電池の高効率化に関する研究

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近年、地球温暖化対策として太陽光発電が注目され、更なる普及に向けて変換効率の向上と低コスト化が求められており、それを目指して低倍率集光型薄膜フルスペクトル太陽電池が提案されている。この太陽電池の特徴の一つである低倍率集光型について報告例は未だ少ないため、本研究では、薄膜シリコン系太陽電池に注目し、その集光特性の解明および変換効率の向上を目的として研究を行った。前年度以前において、水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)および微結晶シリコン(μc-Si:H)、またそれらを積層したa-Si:H/μc-Si:H2接合型太陽電池について、シミュレーションによる理論解析および実験結果から10倍以下の低倍率集光照射条件において開放電圧の増加効果による変換効率の向上を確認した。また、一方で低下傾向にある曲線因子について、a-Si:Hの薄膜化および光生成キャリア移動度の大きいμc-Si:Hにおいてその影響が小さく抑えられることを示した。そこで、今年度ではさらに特性向上の期待できる3接合型構造について検討を行った。まず、1次元デバイスシミュレーション結果から、a-Si:H/μc-Si:H/μc-Si:H3接合構造において各構成セルの開放電圧が足し合わされ、また曲線因子の低下が小さく抑えられることから低倍率集光特性に優れていることを示した。そして、計算結果をもとに実験においてデバイス作製を行った結果、変換効率8.68%(標準照射条件)に対し9.86%(7.2倍集光時)を得た。以上の結果から、薄膜シリコン系太陽電池の高効率化について多接合型さらに低倍率集光型への応用の有望性を示し、それを実証した。