成果報告書詳細
管理番号20140000000096
タイトル平成22年度-平成24年度成果報告書 太陽光発電システム次世代高性能技術の開発 薄膜シリコンフィルム太陽電池の高速製膜技術の研究開発
公開日2014/8/27
報告書年度2010 - 2012
委託先名富士電機株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約件名:平成22年度-平成24年度成果報告書 太陽エネルギー技術研究開発 太陽光発電システム次世代高性能技術の開発 薄膜シリコンフィルム太陽電池の高速製膜技術の研究開発

本研究開発ではフレキシブル薄膜Si太陽電池の開発を行った。研究目標は、(1)薄膜Si太陽電池の高速製膜技術については、フィルム基板上に形成した結晶質Si系単接合太陽電池の変換効率が9.5%以上で、製膜速度が2.0nm/s以上とした。そして、a-Siおよびa-SiGeで製膜速度を0.67nm/s以上とした。(2)多接合太陽電池の製膜技術については、初期効率を14%以上または安定化効率を13%以上とした。このとき結晶質系Siの製膜速度を2.0nm/s以上、非晶質系Siの製膜速度を0.67nm/sとした。(3)太陽電池モジュール作製技術 については、直列接続の形成による出力低下を15%以下とし、モジュールの湿潤試験による出力低下を10%以下とした。研究成果の概要は、(1)薄膜Si太陽電池の高速製膜技術については、μc-Si太陽電池に対してi層の製膜条件として高圧化やイオン衝撃低減を行い、そして、他の層の製膜条件の最適化や後処理などを検討した。その結果、製膜速度2.2nm/sで変換効率9.5%を得て、目標を達成した。a-Si太陽電池に対してμc-Si膜の製膜速度の関係式およびa-Si太陽電池の製膜条件と効率の関係から高速・高効率な製膜領域を探した。その結果、初期効率9.0%、安定化効率7.7%を得た。製膜速度は0.71nm/sを得て、目標を達成した。また、a-SiGe膜に対しても製膜条件と製膜速度の関係を調べ、製膜速度0.83nm/sを得た。(2)多接合太陽電池の製膜技術については、高速で製膜したμc-Si太陽電池とa-Si太陽電池を用いて3接合太陽電池(a-Si/μc-Si/μc-Si)を作製した。製膜速度はa-Siで0.83nm/s、μc-Siで2.0nm/sと目標に達したが、変換効率は初期で12.6%、安定化後で11.7%と目標には達しなかった。(3)太陽電池モジュール作製技術については、2接合太陽電池に対して富士電機独自のSCAF直列接続構造を適用した。金属電極の抵抗損失を低減した改良構造によって出力低下14%を得て、目標を達成した。また、樹脂フィルムと封止材でパッケージしたモジュールに対して高温高湿通電試験(85℃、85%以上、3000時間)を実施した。改良SCAF構造モジュールで出力低下が2%と目標を達成した。
英文要約Title: Research and development of high-rate deposition techniques for thin-film silicon solar cells on film substrates. (FY2010-FY2012) Final Report

In this R&D we developed flexible thin film silicon solar cells on plastic film substrates. Our objectives are shown below. (1) High-growth rate deposition techniques of thin film Si solar cells: the efficiency of a μc-Si single-junction solar cell targets on 9.5% or more at a growth rate of more than 2.0nm/s. And growth rates of a-Si and a-SiGe layers target on 0.67nm/s or more. (2) Fabrication techniques of multi-junction solar cells: initial or stabilized efficiency target on more than 14% or more than 13% respectively, and the target growth rates were more than 2.0nm/s for μc-Si layers and more than 0.67nm/s for a-Si layers. (3) Solar cell module manufacturing technology: the output reduction targets on less than 15% caused by series-connection formation and less than 10% after damp-heat test. Summary is shown below. (1) High-growth rate deposition techniques of thin film solar cells: for μc-Si solar cells, we have tried to increase the deposition pressure and to reduce the ion bombardment during i-layer deposition. And we have optimized the deposition condition of other related layers and the post deposition treatment. As a result, we have obtained the μc-Si cell with the efficiency of 9.5% at growth rate 2.2nm/s. For a-Si solar cells, we have optimized the deposition conditions by means of the theoretical formula of μc-Si growth rates and of the relation between the deposition conditions of a-Si cells and those efficiency. As a result, we have obtained the a-Si cell with the initial efficiency of 9.0% and the stabilized efficiency of 7.7% at growth rate 0.71nm/s. For a-SiGe solar cells, we also investigated the relation between deposition conditions and those growth rates. We have obtained the growth rate of 0.83nm/s. (2) Fabrication techniques of multi-junction solar cells: we have fabricated the triple-junction solar cells (a-Si/μc-Si/μc-Si) using the high-growth rate deposition techniques of a-Si and μc-Si solar cells. We have obtained the triple-junction cell with the initial efficiency of 12.6% and the stabilized efficiency of 11.7% at growth rate 0.83nm/s for a-Si and 2.0nm/s for μc-Si. The target efficiency was not accomplished but the target growth rates were accomplished. (3) Solar cell module manufacturing technology: we have fabricated a-Si/μc-Si solar cell modules using the Fuji Electric original monolithic structure named SCAF. We have improved the SCAF structure to reduce the resistance loss of the metal electrodes. As a result, we have obtained the output reduction of 14% caused by the series-connection formation. About durability verification, the improved SCAF modules were encapsulated with plastic films and sealing material. Acceleration tests in damp-heat(85℃, over 85%RH, with Ipm of those modules) of those modules were done. We have obtained the 2% output reduction.
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