変換効率２５％超時代Ⅱ

 

 

【変換効率２５％アップ時代　そのⅡ】 

パナソニック株式会社エコソリューションズ社は、過去のシリコン系太陽電池セルでの世界最高を大
幅に上まわる変換効率25.6％（セル面積：143.7cm2）を達成した。これは実用サイズ（100cm²以上）
のシリコン系太陽電池の変換効率の過去最高値は、2013年2月に発表した24.7％（セル面積：101.8cm²
）です。今回、この記録を0.9ポイントも更新し、実用サイズにおいて初めて25％の壁を突破すること
に成功。また、小面積も含めたシリコン系太陽電池の変換効率の過去最高値は25.0％（セル面積：4cm²）
だったが、この過去最高値も0.6ポイント上回りった。今回の成果は、パナソニックの太陽光発電シス
テム「HIT」シリーズの特長である高い変換効率と優れた高温特性を実現する現行のヘテロ接合技術を
さらに進化させたことに加え、太陽光をより有効活用できるバックコンタクト型を採用することで実
現できたという。

　表　国内の太陽光発電設備規模及試算結果結果

これは『プロジェクト・ヘーリオスのはじまり』（2011.04.09）で掲載したように２４％超の変換効
率を実現できれば、電気料金が５円／kWhを割り込むことになり、このニュースから判断し、2020年
ごろには、太陽光発電により、資源争奪をめぐる戦争時代からの終焉を、カーボンリスクという地球
温暖化による国土荒廃を救済できる夢の『贈与経済』の、持続可能な社会の、実現を約束するものだ。
それも、日本の営利企業であるパナソニック（企業技術としては三洋電機？）により世界へ展開され
ることを意味する。つまり、ノーベル賞を超えた超ノーベル賞級のものとさえ言える（個人的には、
量子ドット太陽電池から量子スケール太陽電池と早めに呼称変更して良かったと思っている－シリコ
ン系太陽電池の改良技術といえども、その加工サイズは僅か数ナノメータという技術への挑戦だ）。
このことは既に『変換効率25％超時代』（2014.03.24）でも掲載済み。



さて、その開発技術を詳細に見てみよう。

高効率化を可能にした要素技術の概要

（1）再結合損失の低減

「HIT」の特長は、発電層である単結晶シリコン基板表面に高品質のアモルファスシリコン層を積層す
ることにより、光により発生した電気の素であるキャリア（電荷）の再結合損失を低減できることに
ある。単結晶基板上に、高品質なアモルファスシリコン膜を基板表面へのダメージを抑制しながら形
成する技術を駆使することで高い開放電圧（Voc）と高温下でも高い変換効率を維持できる温度係数－
0.25％/℃）を実現。

（2）光学的損失の低減

太陽電池セルの電流増加のためには、セル表面に到達した太陽光を、可能な限り損失なく発電層であ
る単結晶シリコン基板に導く必要がある。今回、電極を裏面側に配置したバックコンタクト型とする
ことでより効率よく太陽光を基板に導くことが可能となる。この結果、短絡電流密度（Jsc）を41.8m
A/cm²と、従来値39.5mA/cm²（変換効率24.7％セルの場合）に比べ大幅に向上することができた。

（3）抵抗損失の低減

太陽電池セルでは、発電した電流を表面のグリッド電極に集め、外部に取り出します。従来、受光面
側にあるグリッド電極では、太陽光の遮光を減らすための細線化と電気抵抗損失低減の兼ね合いで最
適化をしていましたが、今回、電極を裏面側に配置することで、電流がグリッド電極中を流れる際の
抵抗損失を低減させることに成功。さらにアモルファスシリコン層における抵抗損失等も改善するこ
とで、実用サイズにもかかわらず高い曲線因子（FF） 0.827を達成した。

 

これらの技術開発は、三洋電機株式会社の菱田光起、関本健、松本光弘の三名の発明者（特開 2014-637
69）から提案されている。その要約（下図参照）は、太陽電池１００は、受光面電極層２と、受光面
電極層２上に積層された光電変換部と、光電変換部上に積層された裏面電極層５と、を備え、受光面
電極層２側から一導電型半導体層４１と、真性半導体層４２と、逆導電型半導体層４３とを順次積層
して形成した光電変換セル４を有し、逆導電型半導体層４３は、逆導電型の非晶質シリコン層４３ａ、
酸化シリコン層４３ｂ、逆導電型のシリコン層４３ｃが順次積層することで、発電効率を向上させつ
つ、発生したキャリアをより多く取り出すことができるとある（さらに、下図の２つめと３つめは実
施例をまとめたもので、表１は製作条件と表４は一連の製作されたサンプルと比較サンプルの評価結
果である）。

特開2014-063769 太陽電池

【符号の説明】
１，４１…基板　２，４２…受光面電極層　３，４，６，７，８，４´，４６…光電変換セル　３１，
４１，６１，７１，８１…ｐ型層　３２，４２，６２，７２，８２…ｉ型層　３３，４３，６３，
７３，８３，６３´…ｎ型層　４３ａ，６３ａ，７３ａ，８３ａ…非晶質シリコン層　４３ｂ，６３ｂ，
７３ｂ，８３ｂ…酸化シリコン層　４３ｃ，６３ｃ，７３ｃ，８３ｃ…シリコン層 ５，４５…裏面
電極層

もはや、原発は不要だ。福島第一原発事故の処理が続くなか、それを尻目に、ソーラーパネルとバッテリーが
日本列島をあまねく覆って普及し終わっているという光景がみえるようである。ともあれ、パナソニックあるいは
三洋電機の開発チームに拍手だ！