佐賀大学、次世代太陽電池に道を開く新材料で最高効率を達成

著者: オプトロニクス 編集部

佐賀大学の研究グループは、次世代太陽電池として期待される中間バンド型太陽電池のホスト材料であるZnTe(テルル化亜鉛)を用いた太陽電池において、世界最高とする変換効率を達成した(ニュースリリース)。

中間バンド型太陽電池は、従来の半導体のバンドギャップ内に新たなバンド(中間バンド)を有する材料を用いる太陽電池であり、中間バンドを介した光吸収により、太陽光の広いスペクトル領域を効率的に利用できることが特徴となっている。

理論計算では、60%を超える高いエネルギー変換効率が期待されている。研究グループでは、材料固有の性質として中間バンドを有するユニークな材料であるマルチバンドギャップ半導体ZnTeOに着目し、研究を進めてきた。2012年には、本材料を用いた中間バンド型太陽電池の発電原理を世界で初めて実証するなど、先駆的な成果を報告している。

【表】ZnTe太陽電池の電流電圧特性

中間バンド型太陽電池の高効率化には、ホスト材料であるZnTeを用いた太陽電池自体の効率向上も不可欠。このため、この研究では基盤技術としてZnTeのp型電気伝導制御に関する研究を進めてきた。その結果、Zn3P2原料を用いた新たな手法により、高品質かつキャリア濃度制御が可能なp型ZnTe薄膜の成長に成功した。

このp型ZnTeを光吸収層として用いたZnTe太陽電池を試作したところ、擬似太陽光照射下(AM1.5 1sun)において3.7%の変換効率を達成した。これはSi太陽電池の変換効率と比べると低い値ではあるものの、ワイドギャップを有するZnTe材料を用いた太陽電池としては世界最高の効率だとしている。

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