東芝，透過型Cu₂O太陽電池で変換効率8.4%

東芝は，透過型亜酸化銅（Cu₂O）太陽電池において，発電層の不純物を抑制することで，世界最高の発電効率8.4%を達成した（ニュースリリース）。

III-V族太陽電池を積層したタンデム型太陽電池は，30%台の発電効率が報告されているが，製造コストがSi単体の太陽電池と比べて数百倍～数千倍と高いという問題があった。

透過型Cu₂O太陽電池は，銅と酸素の化合物であるCu₂Oを主な材料とし，III-V族半導体と比べて，基板，原材料，製造装置がいずれも安価で，大幅な低コスト化が期待できる。

短波長光を吸収して発電し，長波長光を透過するので，長波長光で発電するSi太陽電池をボトムセルに用いることで，限られた設置面積でも必要な電力を供給できる。

Cu₂O発電層は，大面積に拡張可能な反応性スパッタ法を用いて薄膜形成するが，Cu₂Oの半導体結晶としての性質により，結晶中には酸化銅（CuO）や銅（Cu）といった不純物が生成されやすく，それらが発電効率と光透過性の両方の低下原因になっていた。

同社は，X線回折法を用いて，Cu₂O発電層に含まれるごく微量のCuOやCuを直接検出することで不純物の量を精密に数値化し，2種類の不純物が最小化する成膜プロセス条件を特定した。

今般開発した透過型Cu₂Oをトップセルに，25%の高効率Si太陽電池をボトムセルに適用したCu2O/Siタンデム型太陽電池の発電効率を見積もったところ，発電効率27.4%と試算された。これは，Si太陽電池の世界最高効率26.7%を上回る発電効率となる。

さらに，新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の試算方法を参考に，Cu₂O/Siタンデム型太陽電池をEVに搭載した場合の航続距離を簡易的に試算した。

Cu₂O/Siタンデム型太陽電池の発電効率を30%，車載設置面積を3.33m2と仮定したところ，充電なしの1日の航続距離は約40kmと試算された。今回の透過型Cu₂Oのトップセルで試算した発電効率27.4%では，充電なしの1日の航続距離は約35kmと試算された。

同社は今後，発電効率である30%以上のCu₂O/Siタンデム型太陽電池に必要な，Cu₂Oトップセルの10%の発電効率を目指す。また，東芝エネルギーシステムズと共同で，量産タイプのSi太陽電池と同じサイズの，大型Cu₂O太陽電池の開発を開始した。2023年度を目標に，サンプルの供給を開始し，2025年度を目標に実用サイズのCu₂O/Siタンデム型太陽電池の製造技術の完成を目指すとしている。