京大,Siウエハーから大気中・室温で太陽電池作製

京都大学の研究グループは,素材のSiウエハーから大気中かつ室温の工程のみで太陽電池を作製することに成功し,10%を超える発電効率を得た(ニュースリリース)。

太陽電池は,価格の高さや生産速度の低さにより,これまでのところ主要な代替電力源となるための充分な大規模普及には至っていない。この要因として,太陽電池の構造形成の要である不純物ドーピングや電極形成に,一連の真空(また調整ガス雰囲気)および高温プロセスを使用すること,そしてそれらが高価な大型機器や⾧大なプロセス時間を要することがある。

さらに,導電性の高い半導体上への良導性の電極形成は比較的容易だが,太陽電池では通常,比較的導電性の低い半導体ウエハーを使わなければ発電性能を得られないという問題がある。このジレンマにより,充分に良導性の金属/半導体界面を形成するために,電極金属の成膜の後に追加のアニール(焼成)工程まで行なう必要がある。

研究では,PEDOT:PSS/Siヘテロ接合太陽電池という有機材料-無機材料ハイブリッド型の太陽電池が,従来のSi太陽電池のような接合形成のための高温での不純物拡散工程が不要であるため,簡便な作製が可能となることに着目した。

また,不純物濃度が比較的高く,高導電性のSiウエハーであってもPEDOT:PSS/Siヘテロ接合が充分な発電性能を示すことを見出すとともに,この特性により電極形成のために要求される工程の条件を大幅に緩和できるのではとの着想を得た。これらを基に,素材のSiウエハーから,大気中かつ室温のみの条件にて太陽電池の作製に挑戦した。

太陽電池の電極形成方法としては,これまで無電解メッキや真空蒸着,スクリーン印刷が一般的だった。しかし,これらの方法では,加熱や真空引きといった工程が必要であり,エネルギーや時間,コストがどうしてもかさむ。

今回,導電性のAgインク剤を用いて,半導体材料に塗布するだけで,太陽電池の電極を形成することに成功した。これにより,市販されている通常のSiウエハーから,大気中かつ室温下の工程のみで太陽電池を作製することに成功した。そして個々の工程の条件,また,それらの順序の最適化を通し,10%を超える発電効率を得た。

研究グループはこの技術により,高速・簡便に,低コストにて太陽電池を生産することが可能となり,太陽光発電の大規模普及につながるとしている。

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