JST,メガソーラー向け高効率太陽電池製造法を開発

科学技術振興機構(JST)は,文部科学省 革新的エネルギー研究開発拠点形成事業(JST受託事業)において,生産性の高いキャスト成長炉で作製したシリコン単結晶インゴットを用いて太陽電池を製作し,19.14%という高い変換効率を,高い歩留まりで実現した(ニュースリリース)。

メガソーラー向け太陽電池の大半はシリコン太陽電池であるため,その材料であるシリコン結晶の一層の高品質化と低コスト化が望まれてきた。

今回研究グループは,NOC法と呼ばれる新しい単結晶作製法を開発した。これは,多結晶インゴットを得るためのキャスト成長炉に,さらに融液内に独自に低温領域を設定し,ルツボ壁に触れないで単結晶を融液内成長できる工夫をしたもの。

使う材料を高純度化し,ガスの流し方を工夫したほか、インゴット底部を凸化するなど融液がルツボ壁と反応するのを防止する技術を開発することで,結晶中に含まれる酸素濃度や金属不純物を低減し,さらに結晶欠陥の低減を図った。

得られたp-型シリコン単結晶を用いて,産業技術総合研究所福島再生可能エネルギー研究所(FREA)の標準プロセスで作製したAl-BSF構造太陽電池は,最高19.14%,平均19.0%の変換効率を示し,極めて高い歩留まりで,高い効率の太陽電池を実現することに成功した。

この変換効率は,同一プロセスで製作した従来型のp-型CZシリコンインゴット単結晶太陽電池の変換効率19.1%と同程度だった。これは世界初となる成果。

この技術は,太陽電池市場の60%を占めるキャスト成長法で作製した多結晶太陽電池と比較し,太陽電池特性と歩留まりがともに圧倒的に優位であり,次世代のキャスト成長法として有望だという。

今後に残された課題はスケールアップだが,NOC法ではルツボ径の90%の直径比を有するインゴット単結晶をすでに実現しており,ルツボのサイズを最大限に活用することができる。

今後,大きなルツボを使用して,大容量のシリコンインゴット単結晶を作製できれば,この技術を太陽電池用シリコンインゴット製造方法の主流にできる道が開けるとしている。

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