産総研ら,多接合太陽電池の安価な製造技術を開発

産業技術総合研究所(産総研)は大陽日酸と共同で,次世代太陽電池普及の鍵となるハイドライド気相成長(HVPE)法によってアルミニウム(Al)系材料の成膜と,その太陽電池応用を可能にする装置を開発した(ニュースリリース)。

III-V族化合物太陽電池は太陽電池の中で最も発電効率が高く,放射線への耐性もあるため人工衛星などで利用されている。しかし,従来の成膜法は原料や基板が高価なうえに成膜速度が遅いため,製造コストの高さが大きな課題であった。

研究グループは今回,Al系材料の高品質成膜を可能とするHVPE装置の開発に成功し,InGaPトップセルの高性能化と基板コストに関する課題解決の道筋にたどり着いた。

HVPE法は,従来の成膜技術よりも安価な原料で高速に成膜できる技術で,特にIII-V族化合物太陽電池の低コスト化技術として期待されている。しかし,太陽電池の高効率化や薄膜化に必須のAl系材料の成膜に課題があった。

今回,反応炉内部でAl原料を500°Cの低温で加熱できる装置を開発し,石英反応炉と反応しにくい三塩化アルミニウム(AlCl3)を発生させることで,アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン(AlInGaP)層やアルミニウム・ヒ素(AlAs)層の高品質な成膜が可能となり,太陽電池への導入を実現した。

AlInGaPが導入されたインジウム・ガリウム・リン(InGaP)太陽電池では,表面近傍の電流損失が抑制され発電効率が向上した。また,AlAs層を用いることにより,作製時に必要な高価な基板と太陽電池層を分離でき,基板の再利用による低コスト化が期待できるという。

さらに,分離された太陽電池層は薄膜なので産総研保有の接合技術であるスマートスタックが適用でき,異種材料との接合でさらに高効率化と低コスト化ができるとしている。

今回開発した装置ではAlCl3を反応炉の内部で生成することで不純物の取り込みが抑制され,高品質なAl系材料の成膜が可能になったと考えられるという。HVPE法でAl系材料が太陽電池に利用できることで,高効率な太陽電池を高速・低コストで作製できる道筋が見えたといえる。

これまで2インチ基板を使ってHVPE法の研究開発を進めてきたが,研究グループは今後,6インチサイズを成膜できる量産型HVPE装置を開発する。さらに,HVPE装置によって製造されたIII-V族化合物太陽電池をシリコンやCIGSなどの安価な太陽電池と接合させることにより,発電効率35%以上で発電コスト200円/Wの太陽電池の実現を目指す。

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