産総研,薄膜太陽電池シミュレーションを無償公開

産業技術総合研究所(産総研)と岐阜大学は共同で,薄膜型太陽電池の量子効率スペクトルを高精度にシミュレーションできるソフトウェアを開発し,無償公開すると発表した(ニュースリリース)。

CIGS太陽電池やペロブスカイト太陽電池,CZTS太陽電池など,研究が進む次世代太陽電池は,これまでその膜の品質を簡便かつ定量的に評価する方法が確立していなかった。

量子効率スペクトルのシミュレーションでは,太陽電池を構成する各層の物理膜厚と光学定数を利用して計算を行なう。しかし,これらのデータだけでは薄膜表面が平たんな条件で計算を行なうことになり,量子効率スペクトルに著しい光学干渉の効果が表れる。薄膜型太陽電池を構成する種々の薄膜は,実際には表面の凹凸が実効的に反射防止の機能を果たし,光学干渉効果は顕著に現れない。

そこで,開発したソフトウェアにはこの現象を再現するための新しい光学モデル(ARC法)を実装し,反射防止条件(光学干渉がない条件)での反射スペクトルを計算し利用することができるようにした。なお,このソフトウェアでは,ARC法での反射率以外にも,太陽電池で実際に測定された反射率や表面が平たんな条件での反射率,またそれらの複合による反射率など種々の反射率もシミュレーションに利用することができる。

太陽電池の研究開発,特に研究開発の初期段階においては,光吸収層の品質が十分ではない場合が多い。光吸収層の品質は量子効率スペクトルに大きな影響を与えるため,開発したソフトウェアでは,吸収層の品質を収集長としてモデル化してシミュレーションできるようにした(e-ARC法)。

収集長は,小さくなるに従い量子効率スペクトルの感度が減少することが知られており,このソフトウェアでは収集長を含んだシミュレーションを実現したため収集長により光吸収層の品質を定量的に評価できる。また,実験による量子効率スペクトルとシミュレーション結果を比較(フィッティング)することで光吸収層の品質を定量評価することもできる。

今回のソフトウェアの公開では,シミュレーションソフトと共にCIGS太陽電池,ペロブスカイト太陽電池,CZTS太陽電池を構成する各材料の光学定数を同時に提供しているため,これらの太陽電池ではすぐにシミュレーションを行なうことができる。またいずれの太陽電池においてもガラスなどの基板側(スーパーストレート構造)および反対側(サブストレート構造)からの光入射に対してシミュレーションすることもできる。

今後は結晶シリコン太陽電池,III-V族太陽電池などのバルクタイプの太陽電池,さらにはそれらを含めて多接合型の太陽電池のシミュレーション技術までソフトウェアの適用範囲を拡大する。

また,太陽電池内で現実に起こる電子や正孔の再結合,電子正孔対の発光性再結合による再放射の効果,新しい材料の光学定数の取り込み,さらには実験で得られた量子効率スペクトルのシミュレーションによる自動フィッティング機能の実装などにより,幅広い種類の太陽電池を精密に評価できる技術としての改良を目指すとしている。

キーワード:

関連記事

  • インクジェット印刷で作製したペロブスカイト太陽電池

    リコー、インクジェット技術を活用したペロブスカイト太陽電池を量産へ

    リコーは、インクジェット技術を活用したペロブスカイト太陽電池の生産体制構築に関する提案が、経済産業省の「GXサプライチェーン構築支援事業」に採択された(ニュースリリース)。これを受け、ペロブスカイト太陽電池の量産を203…

    2026.10.28
  • ガラス型ペロブスカイト太陽電池を実装した都市景観イメージ

    パナソニックHD、ガラス型ペロブスカイト太陽電池を販売開始 量産を1年前倒し

    パナソニックホールディングスは、建物の窓や壁面などに利用できるガラス型ペロブスカイト太陽電池の先行量産品を、2026年9月から販売開始した。大阪府守口市の開発拠点で生産するもので、ガラスの透過性やデザイン、サイズを設置場…

    2026.10.23
  • 岐阜大、酸化チタンの「エネルギーの階段」でペロブスカイト太陽電池を高効率化

    岐阜大学の研究グループは、ペロブスカイト太陽電池の電子輸送層に、エネルギー準位の異なる2種類の酸化チタン(TiO₂)を積層することで、電子輸送に適した「エネルギーの階段」を形成する材料設計を提案した。これにより、光電変換…

    2026.10.02
  • 京都賞、宮坂力氏など3人が受賞 ペロブスカイト太陽電池の生みの親

    稲盛財団は第41回(2026年)京都賞の受賞者を発表した。先端技術部門において、次世代太陽光発電技術である「ペロブスカイト太陽電池」を創成した功績により、化学者で桐蔭横浜大学大学院工学研究科特任教授および早稲田大学特命教…

    2026.06.19
  • タンデム型ペロブスカイト太陽電池の国内市場、累積導入量を12.5GWと予測

    矢野経済研究所は、タンデム型ペロブスカイト太陽電池(タンデム型PSC)の国内市場を調査し、参入企業の動向、将来展望を明らかにした(ニュースリリース)。 2025年2月に閣議決定された第7次エネルギー基本計画(経済産業省)…

    2026.05.08

新着ニュース

人気記事

編集部おすすめ

  • オプトキャリア