産総研：研究ハイライト新たな結晶シリコン太陽電池を開発

エネルギー・環境領域

新たな結晶シリコン太陽電池を開発

－酸化チタンで接合を形成し変換効率20%以上を達成－

ゼロエミッション国際共同研究センタ－松井卓矢
齋均

掲載日：2020/10/22

酸化チタンで高効率・低コストの太陽電池

酸化チタンがシリコンから正孔を選択的に取り出す機能を発見するとともに、酸化チタン薄膜を正極側に配置したシリコン太陽電池を試作し、20%を越える変換効率を達成した。

作製した太陽電池（一例）の構造概念図（左）とシリコンと酸化チタンが接する界面の透過電子顕微鏡像（右上）、
50 mm角の結晶シリコン基板に５つの太陽電池を形成した試料の外観（右下）

変換効率の向上と製造コストの低減の両立

現在、結晶シリコン太陽電池パネルの市場占有率は9割を越えている。エネルギー変換効率を追求すると製造コストがかさむ。太陽光発電の導入を促進するためには、変換効率の向上と製造コストの低減を同時に達成する必要がある。

酸化チタンを正極に用いて変換効率を向上

厚さ約5 nmの酸化チタン薄膜がシリコンに対して正孔選択性と界面欠陥を不活性化する能力をもち、正極として機能することを実証した。この性質の仕組みを調査した結果、酸化チタンと結晶シリコン界面に存在するチタン、シリコン、酸素、水素からなる相互混合層の組成や分布により、欠陥不活性化能と正孔選択性を制御できることを明らかにした。また酸化チタン薄膜を正極側に配置した結晶シリコン太陽電池を試作し、20%を超える変換効率を得た。

酸化チタンの新たな機能で応用先が広がる

本来、酸化チタンはシリコンに対して電子選択性を示すことで知られる材料だが、今回、正孔選択性も実現可能なことが確認された。今後、シリコンの正極・負極の双方に酸化チタンを適用したシンプルな構造の太陽電池を開発する。今回開発した技術は、異種太陽電池とシリコン太陽電池を積層するタンデム型太陽電池や、光電気化学デバイス、半導体デバイスなどへの応用が期待できる。