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覇者？多結晶Si
このページは管理人daiが個人の思いつくままに書いています。
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市場の太陽電池は「多結晶シリコン太陽電池」ばかり！
太陽電池は「青い」
最近のお客様は、「太陽電池」のお話をすると、この「青い」多結晶Ｓｉを連想されるようです。 昔な「太陽電池」は、黒い亀の甲羅のような模様の単結晶Ｓｉを連想されたはずですが・・。
daiのＨＰで何度も指摘しているように、もともと多結晶Ｓｉは単結晶Ｓｉよりも太陽電池として 「発電効率の悪い」Ｓｉです。それを今日の性能まで上昇させたのは、技術者の必死の努力でした。
もともとdaiは、この多結晶シリコン太陽電池に興味ありませんでした。ところが、ここ５年でこの太陽電池に 対するdaiの興味を引きつける素晴らしい商品が増えました。このページでは、気になる多結晶Ｓｉ太陽電池の情報を 「daiが偏見」で整理してみます。難しいことは技術者のＨＰを検索してください。
多結晶Ｓｉ太陽電池のマーケティングって
最近の多結晶Ｓｉは「すごい」？
確かに、今や標準的な太陽光発電と言えば、「多結晶Si」太陽電池ですねぇ。それどころか、 もしdaiが「多結晶Si太陽電池」を否定してしまいますと、広くない日本の設置条件では「コスト・パフォーマンス」に優れた まともな太陽光発電システムは設計できません。
でも、daiがどうしても拘るのは・・・、そもそも、この多結晶Si太陽電池の多結晶Si基板は 単結晶Si太陽電池の 高価な単結晶Si基板の価格を引き下げるための代替基板であったと言う事実。日本の優秀な技術者は、この「価格は安いが、 発電能力としては必ずしも優秀ではない多結晶Si太陽電池」基板を一歩一改善歩させてきました。
その結果、価格面では非常に大きな成果を得ることができ、世界一の太陽電池製造技術国とたたえられるまでになりました。 発電性能の面でもかなりの成果があったとたたえられています。
でも、daiに言わせれば、進歩した性能は「10年前の単結晶Si太陽電池とほぼ同じレベル。」（これでも、凄いことなのでしょうが・・・。） daiのように発電性能をひたすら追求する人間には正直おもしろくありません。価格面でもあまりにも不十分。 それなのに、普及目的は不変。補助金まで交付され、販売は絶え間なく激戦でしたからねぇ。
この間の多結晶Si太陽電池メーカーの販売はときたら・・・、カタログに「新技術」、「新商品」と言う表記を連発し、
営業マンは、「単結晶Siを超えた新太陽電池」を顧客に連発。なんだか新しいアプローチ？と調べると「単結晶Si」で
聞き慣れた技術を多結晶Siで実現した、製造技術の進歩のみ。
「おち」は
なるほど、価格は新アプローチ太陽電池並に「高価」なものでした。発電量は変わらないのに、高価なSi基板を薄くして、厚いSi基板の太陽電池より値段が高いのはなぜ？
これでは、購入者に何のメリットもないような気がしますが・・・。「新商品」表記に弱いからねぇ。
この様な、製造技術の進歩による価格引き下げなんて、人件費の安い国でそれなりの性能の太陽電池を大量生産すればすぐに実現できる と思うのですが・・・。おまけに購入者にとっても、土地があまり 太陽電池を大量に設置でき おまけに日射条件の良い地域には、変換効率10%の太陽電池で十分。高価な１３％程度の変換効率の多結晶Si太陽電池なんかあまり必要ないような気がします。 ただ、もし１３％が２０％だったら、まぁ、「たられば」はどうでも良いけれど・・・。
多結晶Ｓｉで「PERL］を追い越せ！・・ならカッコイイなぁ
ＰＥＲＬ
右の図は、前ＨＰ（2005年作成）に記載していた「ＰＥＲＬ］の構造図 です。この太陽電池は基板が「単結晶Ｓｉ」でしたが、1990年後期に小面積セルで24.7%の変換効率を記録しました。
現在市場に存在する多結晶シリコン太陽電池のほぼすべてが、多結晶Siという「低コスト」であるが、 必ずしも単結晶Siほど「太陽電池にふさわしくない基板」で、「ＰＥＲＬ］の発電性能を追求しています。 構造も当然「ＰＥＲＬ］とほぼ同じです。（まぁ、同じP/N接合だからしょうがない）
日本の場合、市場からの「Ｓｉ使用量削減＝より薄く」、「コスト削減」の要求が強く、技術者のベクトルも 追随しています。そのため「発電性能」を画期的にＵＰさせるアプローチはなかなか出て来ないように思えます。 daiのように「発電する太陽光」を切望する人間にはこの傾向は・・・。
daiの思う多結晶Ｓｉ太陽電池の未来
daiの個人的な考えですが、日本の屋根へ利用される太陽電池は、日本人の購買力と設置面積の狭さ から、他国に比べて積層型（＝タンデム型）の構造の高効率太陽電池が多くなると思います。今後提案されるだろう 化合物系多接合などよりも結晶Ｓｉ系（多接合含む）が優れた発電性能を記録できるなら安泰だと思いますが、・・さて。 今回のオバマ大統領のグリーンニューディルが本物なら、結論は早く出ると思います。
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変換効率をアップ
セル表面に「テクスチャー構造」を形成
多結晶Ｓｉ太陽電池の変換効率をアップさせた技術に、「基板そのものの 性能を最適化させる」「基板無内の光閉じ込め効果をアップさせる」等々の方法提案されています、特にdaiが興味を持ったのは 多結晶Ｓｉ太陽電池の表面に「テクスチャー構造」を効率よく形成させる美術です
この「テクスチャー構造」（凹凸）は、表面の反射を抑える効果や内部への乱反射、光の綴じ込み効果など、 変換効率Ｕｐに効果ありと言われています。 実は、単結晶Ｓｉの場合は、津状はセルスライス後のアルカリ溶液のエッチングで綺麗な凹凸を形成できるが 結晶の集合体である多結晶Ｓｉではこの方法では不可能です。このアプローチの仕方で各太陽電池の個性が 出ており興味深いです
フラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所
2004年、1cm角で20.3%を記録
昔、尊敬するdaiの先生にドイツのフライブルグにつれていただいた時、通訳の女性が「・・フラウンホーファー研究所。あなたのお仕事のために ここに注目すべきです・・・。」と話していた。当時は（２０００年）日本の太陽光発電が一番と思いこんでいたので、気にもかけなかったが・・・。 最近、目立ちますねぇ。ここ。
この２０００年前半は（多結晶Ｓｉ）太陽電池の「表面テクスチャー形成」への新アプローチが数多く提案された時期のような気がします。 この太陽電池では、「プラズマテクスチャー」を採用しています。また、裏面にＡＩ層を形成、レザーで酸化膜とのコンタクト部分をもうけ（ＡＩ－ＢＳＦ）、結果Vocを ＵＰさせた。（と言うことだよね？）なんだか、今日の高効率ＰＶではごくありふれた構造のような気もしますが・・・。
ところで、このフラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所<Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems（Fraunhofer ISE）>、
女性通訳さんの「予言」通り凄いですね。２００９年１月に「41％と記録的な変換効率の太陽電池」を発表しています。これは、GaAs（ガリウム・ヒ素）
やGe（ゲルマニウム）の基板にIII-Vの半導体材料を蒸着させて製造された５mm角での記録。太陽の光線を限界まで吸収する、所謂「多接合」構造の
太陽電池らしいです。世界の潮流は間違いなく「多接合」で変換効率を稼ごうとしていますねぇ。daiもこの研究所に「素直に」注目します。
・・確か２００８年に３接合の太陽電池で３７．６％を記録したと発表したのもこの研究所だったような・・。この時は、日本の研究者が「測定条件が不明」
と怒っていたような・・はて？
関連サイト：Fraunhofer ISE (Presseinformationen)
参考出店：（社）日本セラミックス協会「太陽電池材料」日刊工業新聞社
コンスタンツ（Konstanz)大学とＢＰsolar
実用化サイズの(144cm2)で2003年に17.6%を記録
2005年頃まで、結構色々な媒体でこの「テクスチャー構造」は紹介されていました。ただ、daiはあまりこの太陽電池を知りません。WCP3で とあるメーカーさんにこの構造の太陽電池の写真が入ったＣＤを頂いた記憶があるのですが・・・行方不明
裏面のAI-BSFはともかく、表面の「Ｖ構造」と本来、電池表面に"そびえ立つ"電極が<溝>に埋まっているのが特徴的ですね。前述の「太陽電池材料」 によればこの電極はレーザーを利用して、太陽電池基板に40=60~μmの深さで形成しているようですが・・・、レーザーを用いると基板へのダメージは無いのでしょうか？
その他に、基板に入射した光を逃がさない表面反射防止膜（ＡＲＣ）に、熱ＣＶＤによるSiN膜を形成している層ですが、daiはこの辺は理解できません。ごめんなさい
参考出店：（社）日本セラミックス協会「太陽電池材料」日刊工業新聞社
京セラさん「d.Biue」と名の「ＲＩＥテクスチャー」
2004年,15センチ角で17.7%を達成
この会社は、Ｓｉ製造から太陽電池販売まで一貫して自社で生産さわれています。（太陽光発電"システム"のパワコン等はＯＥＭ） 太陽光発電創世記から太陽電池の開発に取り組まれ、その功績は大きく、日本の太陽電池の歴史とダブりますねぇ。
京セラさんのこの太陽電池は、RIE（Reactive ion etching method）法により太陽電池の表面にプラズマと反応性ガスでミクロン単位の凹凸を形成、 この方法でのテクスチャーは、実に細かく綺麗な１０１
三菱さん実用的な１５０mm角で、１８．９％
なんと、２００９年２月に三菱さんが発表された多結晶シリコンセルです。
この太陽電池の凄いところは、実用的な１５０mm角で、１８．９％を記録したこと。 そして、なによりも、国内のほとんどの会社、研究期間が多結晶Ｓｉの発電効率向上発表が無い中での（違うことに一生懸命なの？） 記録向上であること。かな？
構造的には、（daiにはあまり理解できません。）どうやら基板裏面に「ＢＳＲ層」を形成、表面は「ハニカムテクスチャー構造」
を形成。多結晶Ｓｉが苦手な赤外線の吸収率を従来より大きくし、変換効率をＵＰさせた（？）そうですが・・・。
構造的に「ブレークスルー」は、「ハニカムテクスチャー構造」？
商品化したとたん変換効率ＤＯＷＮは嫌ですねぇ。
図は三菱さんのニュースリリースより （開発No.0904）
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上記はdaiの管理しているサイトです。 太陽光発電の情報は、皆無か少ししか有りません。