太陽光発電セルの原理
1. **光子の吸収と透過:** 光にさらされると、バンドギャップ幅よりも低いエネルギーを持つ光子は吸収されず、太陽電池を通過します。
2. **高エネルギー光子のエネルギー損失:** バンドギャップよりも大きなエネルギーを持つ光子は電子正孔対を生成し、エネルギー損失を引き起こします。
3. **電荷の分離と輸送:** 光生成された電荷キャリアの分離と輸送により、pn 接合内で損失が発生します。
4. **再結合損失:** 光生成キャリアの輸送中に、再結合損失が発生します。
5. **電圧降下:** 出力電圧が低下し、接触電圧の損失につながります。
電気損失の削減
1. 結晶構造が良好な高品質シリコンウエハーを使用します。
2. 理想的なpn接合形成技術を開発する。
3. 最適なパッシベーション技術を実装します。
4. 効率的な金属接触技術を採用する。
5. 高度なフロントフィールドおよびバックフィールドテクノロジーを活用します。
光損失の低減
光学的損失を最小限に抑えてセル効率を高めるために、反射を低減する表面テクスチャリング、前面反射防止コーティング、背面反射コーティング、グリッドラインシェーディング領域の縮小など、さまざまな光トラッピング理論とテクノロジーが開発されています。
TOPCon（トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト）
TOPCon太陽電池の構造
TOPCon太陽電池の前面は、従来のN型またはN-PERT型太陽電池と同様に、ホウ素（p+）エミッタ、パッシベーション層、反射防止コーティングで構成されています。コア技術は、極薄シリコン酸化物層（1～2nm）とリンドープ微結晶混合シリコン薄膜で構成される裏面パッシベーションコンタクトにあります。両面受光型アプリケーションでは、前面にAgまたはAg-Alグリッド、裏面にAgグリッドをスクリーン印刷することでメタライゼーションが行われます。
トンネル酸化物不動態化接点
25.7%という高い変換効率を実現するTOPCon構造は、薄いトンネル酸化膜とリンドープポリシリコン層で構成されています。リンドープポリシリコン層は、a-Si:Hの結晶化、またはLPCVD法を用いたポリシリコンの堆積によって作製できます。そのため、TOPConは高効率太陽電池技術の有望な候補となっています。
ヘテロ接合技術（HJT）
ヘテロ接合技術（HJT）は、結晶シリコンとアモルファスシリコンの薄膜技術を組み合わせ、25%以上の効率を実現します。HJTセルは、効率と出力において現在のPERC技術を上回ります。
HJT太陽電池の構造
HJTセルは単結晶シリコンウェハを基板として用いる。ウェハの表面に、真性a-Si:H膜とp型a-Si:H膜を順に堆積し、pnヘテロ接合を形成する。裏面には、真性a-Si:H膜とn型a-Si:H膜を順に堆積し、裏面電界を形成する。次に、透明導電性酸化膜を堆積し、スクリーン印刷により金属電極を形成することで、対称構造を形成する。
HJT太陽電池の利点
- **柔軟性と適応性:** HJT テクノロジーは、従来の太陽電池よりも温度係数が低く、過酷な気象条件でも優れた生産能力を保証します。
- **長寿命:** HJT 太陽電池は 30 年以上効率的に動作します。
- **より高い効率:** 現在の HJT パネルは 19.9% ～ 21.7% の効率を実現します。
- **コスト削減:** HJT パネルで使用されるアモルファス シリコンはコスト効率に優れ、製造プロセスが簡素化されているため、HJT はより手頃な価格になります。
ペロブスカイト太陽電池
ペロブスカイト太陽電池（PSC）は、2009年に初めて4%の効率を達成し、2021年には25.5%の効率に達し、学術界から大きな注目を集めています。PSCの急速な進歩により、太陽光発電における新星として位置づけられています。
ペロブスカイト太陽電池の構造
先進的なペロブスカイトセルは、通常、透明導電性酸化物、電子輸送層（ETL）、ペロブスカイト、正孔輸送層（HTL）、金属電極の5つの構成要素で構成されています。これらの材料のエネルギー準位と界面における相互作用を最適化することは、依然として興味深い研究分野です。
ペロブスカイト太陽電池の未来
ペロブスカイトに関する研究は、パッシベーションと欠陥低減による再結合の低減、2Dペロブスカイトの組み込み、そしてインターフェース材料の最適化に重点が置かれると考えられます。安定性の向上と環境への影響の低減は、今後の重要な研究分野です。
太陽光発電セル製造における品質管理
エッチングとテクスチャリング
エッチングによって表面の損傷が除去され、テクスチャリングによって光捕捉面が形成されるため、反射損失が減少します。反射率測定はこのプロセスをモニタリングします。
拡散とエッジ分離
シリコンウェーハ上に拡散層を形成し、pn接合を形成します。薄膜太陽電池の効率を高めるために、パッシベーション層を堆積します。パッシベーション層は、少数キャリアの寿命、ウェーハの厚さ、屈折率に基づいてモニタリングされます。
反射防止コーティング
シリコンウェーハ表面には光吸収を向上させるための反射防止コーティングが施されます。PECVD法を用いて、パッシベーション層としても機能する薄膜を堆積します。透過率とシート抵抗の均一性が重要な測定パラメータとなります。
電極製造
グリッドライン電極は前面にスクリーン印刷され、バックフィールド電極とバック電極は背面に印刷されます。温度制御、ポイント精度、グリッドラインのアスペクト比は、乾燥および焼結中の重要なモニタリング指標です。
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投稿日時: 2024年8月3日
