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シャープ、世界最高変換効率の36.9%を達成した太陽電池セル

世界最高変換効率36.9%を達成した化合物3接合型太陽電池セル セルのサイズはごく小さい

 シャープは4日に記者発表会を開催し、太陽電池セルで36.9%を達成したことを発表した。今回のセルは、研究レベルにおける非集光太陽電池セルにおいて、世界最高効率であるとしている。

 この太陽電池セルは「化合物3接合型太陽電池」と呼ばれるもので、家庭の屋根に取り付けられるシリコン結晶系の太陽電池とは異なるタイプだ。主に人工衛星で使われるとともに、集光型とよばれるレンズで太陽光を集めるタイプのシステムで利用される。

 具体的には「InGaP:インジウムガリウムリン」、「GaAs:ガリウムヒ素」、「InGaAs:インジムガリウムヒ素」の3種類のセルを3層に重ね合わせたというもの。シャープでは2009年にこの同じ構造の化合物3接合型太陽電池で35.8%という世界記録を達成していた。

開発の履歴。化合物の非集光時で新記録となった 接合増の直流抵抗を減らしてことが成果を生んだ 今回のセルと住宅用太陽電池セルの相違

 今回、「トンネル接合層の直列抵抗の低減」を実現したことで、さらに変換効率を向上させ、36.9%と記録を更新した。トンネル接合層とは前述のInGaPとGaAsの間、またGaAsとInGaAsとの接合部のことであり、ここの直列抵抗を小さくした結果、効率が上がった。

 レンズで集光した場合と、集光せずに直接太陽光を受けた場合で、変換効率は変化してくるが、この36.9%は非集光での結果となっている。

 ではなぜ、3層構造の太陽電池だと、一般的な住宅で使われているシリコン系太陽電池と比較して効率が良いのか。それは各層がどのような波長に反応するのかを見るとわかってくる。図のようにトップ層、ミドル層、ボトム層、それぞれで得意とする波長が異なるため、太陽光による光の成分のほとんどを吸収してエネルギーに変換がきるのが強みとなっているのだ。

 最終的に3層の太陽電池で発電される電力は各層の太陽電池で発生する電圧と電流の合計によって決まってくる。電圧に関しては足し算となるのに対し、電流は一番低い値にすべてが揃ってしまう。そのため従来はボトム層において無駄に電流を発生させてしまっているという問題点があった。しかし、2009年の時点でその無駄をなくせるようにボトム層にInGaAsを変更した結果、効率が高まったという経緯がある。

ボトム槽の素材変更が有効だった NEDOのロードマップ。地上35%という目標を前倒しでクリアした 今回のセルは、集光型発電施設や宇宙開発などを対象とする

 もともと、この超高効率な太陽電池の研究は、NEDO(独立行政法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構)からの委託研究(委託研究件名:「新エネルギー技術研究開発 確信的太陽光発電技術研究開発)という形でシャープが取り組んでいた。そのロードマップでが、非集光において2014年に35%の達成を目指して研究が進められていたのだが、今回36.9%の実現によって、早々にクリアしてしまったことになる。

シャープ 高本達也室長

 この化合物3接合太陽電池に関してこれまで取り組んできたシャープのソーラーシステム開発本部、次世代要素技術開発センター 第二開発室長の高本達也氏は「NEDOのロードマップでは2025年に非集光で40%、集光で50%の発電効率を目標としているので、当社もこれに合わせてさらなる高効率化を進めて行きたいと思います」と語る。その実現のために現在の3層から4層への切り替えを視野にいれて研究が進められており、4層目には今注目の量子ドット太陽電池を応用したものも検討されているとのことだ。

 なお、今回36.9%の変換効率が達成された化合物3接合型太陽電池は、すでにJAXA(独立行政法人 宇宙航空研究開発機構)と共同での開発が進められており、2013年にJAXAの部品認定を受けた上でフライト検証を行ない、2014〜2015年ごろの実用化を目指している。一方、集光型太陽光発電システムへの採用に関しては、これから約1年間の実証実験をスタートさせ、2013年ごろの実用化が計画されている。






(藤本 健)

2011年11月7日 00:00