成果報告書詳細
管理番号20150000000097
タイトル平成23年度ー平成26年度成果報告書 太陽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) 高効率集光型太陽電池セル、モジュール及びシステムの開発(日EU共同開発) 先進構造による高効率集光型太陽電池の開発(WP3)
公開日2016/4/22
報告書年度2011 - 2014
委託先名シャープ株式会社
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約本研究開発は、革新的太陽光発電技術研究開発の先行事業である「ポストシリコン超高効率太陽電池の開発(エピタキシャル成長技術)」の成果を流用し、逆積み3接合構造による高効率集光型太陽電池の開発や温度特性評価、信頼性確認を行い、また他機関と共同でInGaAsNなど新材料を用いた高効率集光型太陽電池の開発を実施し、さらに開発した集光型太陽電池セルとモジュールをカスタマイズし、公的機関に集光セルやサブセル等のサンプルを提供することで、標準測定技術の確立に寄与するものである。またプロジェクトの目標達成に貢献させるものとして、EU側と決められたマイルストーンである技術者の交流やサンプルの交換と相互評価などを実施するものである。逆積み3接合構造による高効率集光型太陽電池の開発目標は、公的機関による測定で集光時変換効率45%を得るであった。シート抵抗やトンネル抵抗等の直列抵抗を低減し、さらに電極形成プロセスの改良により、フラウンホーファー研測定値で44.4%を実現し、プロジェクト期間中に45%達成には至らなかったものの反射防止膜等を最適化し達成の目途を付けた。さらに逆積み3接合セルの温度特性データを取得した。モジュール開発においては、汎用型3接合セルと逆積み3接合セルを搭載した単面モジュールを試作、屋外評価し、後者の方が高い効率が得られることを確認した。しかしシミュレーターを用いたモジュールの屋内測定と屋外測定には効率に乖離が見られ、検討の余地が残った。モジュール放熱性能向上検討では、シミュレーションと実測から算出される熱抵抗Rとセル-外気温度差△Tに良い一致を見、放熱性能を向上したモジュールでは設計目標値に近い△T=58℃が得られた。先進構造太陽電池の開発では、当社でGeによる4番目セル構造ウエハを作製、東京大学で1eVに相当する3番目セル構造を製膜、当社でInGaP/GaAsによる2番目/1番目セルを製膜するという方法に則り、ウエハのやり取り(ウエハシャトル)による4接合セル成長検討を実施した。他の実施項目として、産業技術総合研究所に集光セルやサブセルを提供し、集光公式測定技術確立への協力を行った。またセルとモジュールの信頼性評価を行い、逆積み3接合セルについて高温放置や高温高湿試験等の耐環境試験を実施し、汎用セルに匹敵する信頼性を確認した。EU機関とは、フラウンホーファー研、(仏)原子力機関、マドリード工科大学と技術交流を行った。フラウンホーファー研では集光効率公式測定を実施し、集光セルの変換効率の公式値を取得した。マドリード工科大学では逆積み3接合セルの高温通電下加速試験を実施し、汎用セルに匹敵する信頼性を確認した。今後、逆エピ3接合セルで45%達成を実現するには、44.4%を達成したレベルの結晶性の再現性を確立することや、モジュールについては他機関の検討結果も参考にしながら、屋内測定と屋外測定の測定値の乖離要因の明確化、測定精度を向上することが課題である。
英文要約Title:R&D on innovative Solar Cells (International Research Center for Innovative Solar Cell Program) “Ultra-high efficiency concentration photovoltaics (CPV) cells, modules and systems (WP3: Development of advanced CPV cells) (FY2011-2014) Final Report

The objectives of the current R&D are as follows.1.Structural optimization of inverted metamorphic (IMM) triple junction solar cells and customization for measurement. 2. To achieve 45% efficiency under concentration by authorized organizations in optimized IMM cells. Optimization and customization of inverted metamorphic (IMM) triple junction structure were performed. 44.4% efficiency was confirmed by Fraunhofer ISE after reducing series resistance and improving the process of electrode fabrication to decrease contact finger width. Although 45% efficiency was not achieved during this project, possibility of 45% achievement was suggested by increased current due to improved anti reflection coatings. Temperature characteristics of IMM triple junction cells were estimated. Module efficiencies with IMM cells and conventional triple junction cells were evaluated at outdoor. It was confirmed that modules with IMM cells showed higher efficiency than those of conventional cells. Measured efficiencies for modules showed estrangement between indoor measurement using simulator and at outdoor measurement. Good agreement was confirmed between simulation and observed value in terms of thermal resistance R and △T(temperature difference between cells and outside air ) of modules. △T =58 degree C which was close to the target was obtained in a improved module. Development of solar cells with advanced structure was done with Toyota Technological Institute and The University of Tokyo. Concentrator cells and their sub cells were supplied to AIST to cooperate their development. AIST improved ability of concentration measurement during this project. Reliability which was comparable with conventional triple junction cells was confirmed for IMM cells under high temperature soaking condition and so on. Collaboration with EU organizations (UPM, FhG-ISE, and CEA-INES) was performed in accordance with milestones decided between EU and Japanese members. Official concentration measurement by FhG- ISE and accelerated lifetime test by UPM were performed. Although 45% efficiency was not achieved during this project, goal and possibility of 45% achievement was confirmed. In order to actually realize, establishment of reproducibility of crystal quality we improved up to 44.4% level is necessary. It is also necessary to identify the causes of different measured value for modules between at indoor and outdoor.
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