成果報告書詳細
管理番号20160000000044
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 フレキシブルCIGS太陽電池モジュールの高効率化研究
公開日2016/5/20
報告書年度2010 - 2014
委託先名富士フイルム株式会社
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26年度 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/フレキシブルCIGS太陽電池モジュールの高効率化研究

課題1:フレキシブル集積型CIGS太陽電池の作製技術の開発(富士フイルム)我々はフレキシブル基板として独自に開発した絶縁層付き金属基板を用いた。この基板は500℃を超える耐熱性をもち、また電気的絶縁性を有するためフレキシブルでかつ高効率な集積型CIGS太陽電池を作れる可能性をもつ。また軽量という特徴が活かせるポリマー基板での高効率CIGS太陽電池の作製技術の構築にも取り組んだ。10×10cm2サイズ基板上の集積型CIGS太陽電池を改良したプロセスを用いて試作したところ、変換効率として15.9%(開放電圧Voc = 0.66 V/cell、Jsc = 33.36 mA/cm2、FF = 0.72、面積69.6 cm2、反射防止膜あり)が得られた。この技術を30×30cm2基板サイズに応用するために、我々はロール・トゥ・ロールプロセスによるCIGS光吸収層の成膜技術の開発に取り組んだ。ロール・トゥ・ロールプロセスにおける小面積セルの変換効率としては金属基板にて、13.5%(開放電圧Voc = 0.53 V、短絡電流Jsc = 36.7 mA/cm2、曲線因子FF = 0.70)、またポリマー基板では変換効率11.5%(開放電圧Voc = 0.47 V、短絡電流Jsc = 39.5 mA/cm2、曲線因子FF = 0.63)であった。またモジュール軽量化に取り組み、ポリカーボネート封止を行うモジュール設計を行った。さらにCIGS太陽電池を湿気から保護するためガスバリアフィルムを用いている。封止構造を最適化し高温高湿試験や熱サイクル試験などの環境試験をクリアできる目処を得た。課題2:CIGS太陽電池の高効率化技術の開発(産業技術総合研究所)フレキシブルCIGSセルおよびサブモジュールの高効率化技術を開発することを目標として研究を遂行した。青板ガラス基板を採用したCIGS小面積セルにおいて、19.4%という高い変換効率(反射防止膜有)を達成した。従来は、この比率としては比較的に高い値(30?50程度)が採用されており、その理由は、過剰に供給されたセレンは再蒸発するので、製膜に特別な影響を与えない、と信じられていたからである。しかしながら、その比率には最適値があり、その値は7?10の付近であることが判明した。青板ガラス基板を採用したCIGS小面積セルにおいて、20.6%という高変換効率(反射防止膜有)を達成した。鍵となった技術は、CIGS薄膜中のアルカリ金属電素制御技術の開発であり、特にカリウムの制御技術であった。この技術は、CIGSの製膜後にCIGSの表面にフッ化カリウムの薄膜を堆積させるものであり、カリウムはCIGSの表面から内部へ拡散すると考えられる。得られた小面積セルのデバイス・パラメータは、Voc = 0.74V、Jsc = 36.1mA/cm2、FF = 0.77であった。
英文要約Title: The development of high performance flexible CIGS PV modules/ High performance PV generation system for future generation/(FY2010~FY2014)Final Report

I. Fabrication of high efficiency flexible CIGS sub-modules (FUJIFILM) We use novel structure metal foil substrates with an insulating layer. This substrate has thermal stability over 500 ?C and electrical insulation properties, which have a capability to offer flexible and high efficiency integrated CIGS modules. A CIGS solar sub-module on 10×10 cm2 size substrate was fabricated by using above-mentioned refinement process. We have obtained high efficiency of 15.9 % (Voc = 0.66 V/cell, Jsc = 33.36 mA/cm2, FF = 0.72, designated area 69.6 cm2) with AR coating. We have also obtained the performance of flexible CIGS solar cells achieving conversion efficiencies of as high as 18.1 % (Voc = 0.63 V, Jsc = 39.0 mA/cm2, FF = 0.73, an active area of 0.489 cm2) with AR coating. Another examination using roll-to-roll process was succeeded. The small size solar cell on metal foil substrate with the CIGS film prepared by the roll-to-roll process showed an efficiency of 13.5 % (Voc=0.53 V, Jsc = 36.7 mA/cm2, FF=0.70, active area of 0.493 cm2). On the other hand, an efficiency of 11.5 % (Voc=0.47 V, Jsc = 39.5 mA/cm2, FF = 0.63, an active area of 0.484 cm2) was obtained with a solar cell on polymer substrate. In order to reduce the weight of the module, prototype module structure using polycarbonate as a sealing material was designed. Since CIGS cells are very sensitive to moisture, they were effectively encapsulated by gas barrier films. We developed optimized encapsulation processes to pass the various lifetime tests (damp heat test, thermal cycling test, and so on.). II. Technologies for high efficiency flexible CIGS solar cells (AIST) Key technologies which can lead to improvement in CIGS flexible solar cell and submodule performance have been investigated. We have succeeded in making high-efficiency CIGS solar cells whose conversion efficiency is 19.4 % with AR coating. The key technology which enables the achievement is the control of Se/III flux ratio. It has been believed for a long time that the high value of the Se/III flux ratio is not critical; the values of about 30-50 have been often used for the Se/III ratio. On the other hand, we have revealed that the Se/III flux ratio has the optimal value, which is in the range of 7-10. Then, we have succeeded in making high-efficiency CIGS solar cells whose conversion efficiency is 20.6 % with AR coating. The key technologies which enable the achievement are the control of the concentration of alkali metal elements I CIGS thin films. We used the deposition of KF thin films on the surface of CIGS thin films to control the concentration of K in CIGS. As the results, the solar cell properties of the best CIGS solar cell (20.6 % efficiency) are Voc = 0.74 V, Jsc = 36.1 mA/cm2, and FF = 0.77.
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