成果報告書詳細
管理番号20160000000042
タイトル平成22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 太陽光発電システム次世代高性能技術の開発 次世代多接合薄膜シリコン太陽電池の産学官協力体制による研究開発
公開日2016/5/20
報告書年度2010 - 2014
委託先名太陽光発電技術研究組合
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約高効率かつ低コストを有する薄膜シリコン太陽電池の実現に向け、コンソーシアム体制で多接合薄膜シリコン太陽電池(アモルファスシリコン/微結晶シリコンタンデム型太陽電池)高効率化要素技術開発および薄膜シリコン大面積高生産性製膜技術開発を進めた。(1)高効率化要素技術開発:アモルファスシリコン単接合セルでは、トライオードCVD製膜技術を核に民間企業各社が保有していたデバイス技術を融合し、アモルファスシリコンの最大の課題である光劣化の抑制技術を進展させ、安定化変換効率では世界最高の10.2%を達成した。また、微結晶シリコン単接合セルでは、新たに開発されたハニカムテクスチャ構造を有する高効率光閉じ込め基板を核に、高性能酸化亜鉛系透明導電膜、民間企業各社保有のデバイス技術を融合させたことで世界最高の変換効率11.8%を達成した。なお、ここで使用した高品質微結晶シリコン薄膜は、後述の1.1m×1.4mサイズの基板に製膜可能な大型プラズマCVD装置により作製しており、従来の研究用小型CVD装置に比べても7倍以上の製膜速度で実現している。上述したアモルファスシリコンセル技術および高品質微結晶シリコンセル技術を融合したアモルファスシリコン/微結晶シリコンタンデム型太陽電池(スーパーストレート型)では、世界最高の安定化効率12.7%を達成した。さらに、アモルファスシリコン/微結晶シリコン/微結晶シリコン3接合太陽電池(サブストレート型)でも世界最高の安定化効率13.8%を達成した。(2)薄膜シリコン大面積高生産性製膜技術開発:薄膜シリコン太陽電池の製膜コスト低減に最も効果的な微結晶シリコンの大面積高速製膜技術の開発において、VHFプラズマを用いたプラズマCVD技術の開発を進め、マルチロッド電極CVD法により3.0nm/secの製膜速度を実現した。また、VHFの使用により懸念される定在波由来の不均一性に対しては、位相変調方式を導入することで1.1m×1.4m基板に対して±8.5%の膜厚均一性を実現し、大面積高速均一製膜を実現する装置の開発に成功した。同時に、本VHFプラズマCVD技術により作製した微結晶シリコンが高品質であることも確認され、微結晶シリコンを用いた太陽電池の高効率化にも大きく寄与した。一方、さらなる大面積化に向けた新たなプラズマ源として、高周波の共振伝搬技術を用いた共振電極対アレイ方式による定在波フリーVHFプラズマ源の開発にも成功した。これにより、2m以上の長さの基板に対しても定在波に起因した不均一性を発生させることなく±10%以内の膜厚均一性保ったまま製膜できることも実証された。この方法により得られた微結晶シリコンを用いた太陽電池は、従来のCVD法により作製されたものと同等の特性を有していることも確認された。
英文要約In order to realize multi-junction Thin Film Silicon Solar Cells (amorphous-Si/microcrystalline Si tandem cells) having high conversion efficiencies and low production costs, we have developed elemental technologies for advancing conversion efficiencies and large-area thin film Si deposition technology. We have approached these subjects with the consortium system. (1) Developments of elemental technologies for high conversion efficiency:The world highest stabilized conversion efficiency of 10.2% for an amorphous-Si cell has been achieved by fusing the triode CVD method for reducing the light-induced degradation of amorphous Si and many device technologies. Furthermore, the world highest conversion efficiency of 11.8% for a microcrystalline Si cell has also been achieved. This is mainly due to the contributions of newly developed optical confinement structure of honeycomb-texture substrates, high quality ZnO-base transparent conductive oxide, and device technologies. It is notable that microcrystalline Si layer used in it was deposited by newly developed large-area thin film Si deposition apparatus which could deposit microcrystalline Si with 7 times higher deposition rate compared to that for a conventional CVD apparatus. The world highest stabilized conversion efficiencies of 12.7% for a superstrate-type amorphous Si/ microcrystalline Si tandem cell and 13.8% for a substrate-type amorphous Si/ microcrystalline Si/ microcrystalline Si triple-junction cell have been achieved by combining the amorphous Si cell technology and microcrystalline Si cell technology mentioned above. (2) Large-area thin film Si deposition technology: A plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) machine using multi-lod electrode, which can deposit high-quality microcrystalline-Si film uniformly on a large-scale substrate with high deposition-rate by using very high frequency (VHF) plasma, has been successfully developed. In this apparatus, phase-shift technique was applied to solve standing-wave issue. The thickness uniformity of ±8.5% on a 1.1m×1.4m glass substrate was consequently achieved. The deposition rate of over 3nm/sec was also achieved by using 100MHz PECVD. As a future larger-size substrate technology, standing-wave free plasma source has successfully been developed. It has been confirmed that this plasma source could deposit microcrystalline-Si on over 2m length with thickness uniformity of less than ±10%.
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