成果報告書詳細
管理番号20110000000978
タイトル平成20年度~平成22年度成果報告書 新エネルギー技術研究開発/革新的太陽光発電技術研究開発(革新型太陽電池国際研究拠点整備事業)/低倍率集光型薄膜フルスペクトル太陽電池の研究開発(集光型CdTe薄膜)
公開日2011/7/30
報告書年度2008 - 2010
委託先名木更津工業高等専門学校
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約 CdTe多結晶薄膜太陽電池は、CdTe光吸収層が約1.5 eVと太陽電池として最適な禁制帯幅を有しており、簡単なプロセスで高速に作製できることから、低コストで高効率な薄膜太陽電池として有望である。このため、CdTe太陽電池は、低倍率集光型薄膜フルスペクトル太陽電池の構成要素として、禁制帯幅が1.5 eV程度の薄膜太陽電池では最も有望な太陽電池の一つである。本研究開発では、集光型CdTe太陽電池とシリコン系薄膜太陽電池などと組み合わせて多接合セルあるいは波長スプリッティングによる集積型セルを開発することを目指し、CdTe太陽電池の集光特性の評価、直列抵抗の低減、変換効率の向上などを試みた。
 まず、CdTe太陽電池の集光特性と直列抵抗の関係をシミュレーションした。直列抵抗の値が2Ωcm2のときは集光倍率が増加すると変換効率が減少するが、直列抵抗の値が0.5および0.2 Ωcm2のときは、集光倍率が4および10倍以下で変換効率が増加することを明らかにした。この結果より直列抵抗を0.2~0.5Ωcm2程度に低減する必要があることがわかった。また、CdTe多結晶薄膜太陽電池の集光特性を世界で初めて測定し、現状では直列抵抗が2 Ωcm2程度と高いため、集光倍率1以上では変換効率が低下してしまうことを明らかにした。
 また、CdTe粉末原料へのCdCl2添加効果を検討し、10 mol%程度のCdCl2添加により太陽電池特性が向上することを明らかにした。電極作製条件の最適化などにより、変換効率15.2%を達成した。また、CdTe層の薄膜化も試み、CdTe膜厚2.0 mm程度で変換効率14.5%を達成した
 さらに、CdTeの成膜に用いるCdTe粉末原料にSbドープしたCdTe粉末を用いることにより、CdTe層中にSb添加を試み、Sb添加により太陽電池特性が改善することを明らかにした。
英文要約Title : Research and Development on Innovative Solar Cells “Thin Film Full Spectrum Solar Cells with Low Concentration Ratios (CdTe Thin Film Concentrators)” (FY 2008 - FY 2010) Final Report
CdTe is one of the most promising photovoltaic materials for use as low-cost, high-efficiency thin film solar cells, because the bandgap is approximately 1.5 eV with direct bandgap, and large-area, high-quality polycrystalline films were prepared by close-spaced sublimation (CSS) method. Furthermore, CdTe solar cells were commercialized in USA and Europe as low-cost, high-efficiency solar cells. Therefore, CdTe is the most promising material for the middle cells with the bandgap of approximately 1.5 eV in the thin film full spectrum solar cells with low concentration ratios. In this work, we will develop the high-efficiency CdTe thin film concentrators for fabricating the Si-based thin films / CdTe 4-terminal multi-junction concentrators.
First of all, we investigated the conversion efficiency of the CdTe thin film solar cell as a function of concentration ratio. In the series resistance of 2 Ωcm2, conversion efficiency decreases with increasing the concentration ratio. On the other hand, in the series resistance of 0.5 Ωcm2 and 0.2 Ωcm2, conversion efficiency increases with increasing the concentration ratio below approximately 4 and 10, respectively. Furthermore, we measured the conversion efficiency of the CdTe thin film solar cell as a function of concentration ratio. In the experimental cell parameters of the CdTe thin film solar cell as a function of concentration ratio, the series resistance of this sample is approximately 2 Ωcm2. It was found that the conversion efficiency decreases with increasing the concentration ratio above 1. These results indicate that it is necessary to reduce the series resistance of the CdTe solar cells.
In order to upgrade cell performance and reduce the series resistance, we attempted the CdCl2 addition to CdTe source in CSS deposition. By using the CdTe source with CdCl2 concentration of 10%, solar cell performance was improved.
We tried to optimize the fabrication condition of the back electrode. The best cell efficiency of the CdTe solar cell fabricated in this year was 15.2% with CdTe thickness of 5.5 μm. Moreover, we attempted to reduce the CdTe thickness. 14.5% efficiency was obtained with CdTe thickness of 2.0 μm.
Furthermore, we investigated the effects of Sb addition by using Sb-doped CdTe powder source in CSS deposition. By using the CdTe source with Sb concentration of 1018cm-3, solar cell performance was improved.
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