成果報告書詳細
管理番号20160000000106
タイトル平成22年度―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/極限シリコン結晶太陽電池の研究開発(産業開発プラットフォームの構築(太陽電池試作ライン))」
公開日2017/2/14
報告書年度2010 - 2014
委託先名豊田工業大学
プロジェクト番号P07015
部署名新エネルギー部
和文要約 本テーマは豊田工業大学を中心としたコンソーシアム体制にて研究開発を実施した。本学では産業開発プラットフォームとして太陽電池試作ラインを構築し、参画各機関における連携を密にし、研究開発のスピードアップ・高度化を図った。1 試作ラインの構築 標準的な太陽電池(変換効率18%)試作ラインを構築し、156 mm角あるいは125 mm角シリコン基板を用いて参画機関が開発を進めた新規材料・プロセスの評価を行なった。また、PERC型(20%)太陽電池の製造プロセスを確立し、セルメーカーの事業化を支援した。薄型太陽電池の開発のため、固定砥粒を用いたスライス技術により得られた100 μm程度の厚さの基板を用いた試作プロセスを確立した。2 原料・結晶の評価 多結晶成長に与える不純物の影響や、重金属や結晶粒界が再結合特性に与える影響を調査、結晶の高品質化に貢献した。加えて、九州大学・NIMSで作製したシードキャスト180 μm厚ウエハでPERCセルを試作した結果、シードキャストPERCセルで最高効率18.7%という結果を得た。これは、リファレンスセル(180 μm厚Cz単結晶セル最高効率18.9%)とほぼ同等の特性を達成した。これにより九州大学・NIMSが開発したシードキャスト結晶技術の有効性を示した。3 セルプロセスの評価 次世代の高効率太陽電池の製造に不可欠な技術として以下の要素技術を開発した。1)微細テクスチャ形成技術(―1μm)、2)不純物濃度を下げた高抵抗層(130Ω/sq)に対しても低いコンタクト抵抗が得られる銀ペースト、3)微細配線形成技術(30 μm幅)、4)レーザーやエッチングペーストを用いた部分コンタクト用電極開口技術、5)イオンシャワーによるドーピング技術。4 ヘテロ技術の評価 裏面ヘテロ接合型の太陽電池の変換効率向上のため、本デバイス用シミュレーション、および透明導電膜堆積装置による支援を行った。シミュレーション関しては、量子モデルを取り入れた物理モデルの構築により、デバイス動作原理の詳細な理解に基づいて、量産を踏まえたデバイス構造の最適化のための設計指針を構築した。これらにより、高い変換効率(25.1%(シャープ))を有する太陽電池の実現に貢献した。5 高効率・低コストセルの評価 20%程度の変換効率を有するPERCセルプロセスを確立した。エッチングペーストによるドット型コンタクトホール形成技術と全面アルミペースト印刷・焼成による裏面電極形成技術によりプロセスの簡略化を実現した。その結果、従来プロセスに対して2工程付加することにより作製が可能であり、かつ、量産適用可能な低コスト高効率セルプロセスを確立した。より高い変換効率(23%)の実現を目指して、BSF構造の最適化、パッシベーション効果の向上、n型基板の使用などによる、両面受光型太陽電池製造プロセスの検討を行った。また、銅配線を有する太陽電池試作を行い、本技術の課題を検討した。ここでは、受光面の電極において、高温焼成型銀ペーストを用いて高温焼成し、その後、低温硬化型の銅ペーストを印刷して比較的低温にて熱硬化させ、銅/銀2層構造配線を形成した。本銅配線を使用しても、従来プロセス太陽電池と同程度の変換効率が得られた。
英文要約To realize technologies new for low cost and high efficiency, this project was composed of 4 groups, 1) feedstock-crystal growth, 2) new process, 3) high efficiency cell, and 4) hetero technology. They were connected to the platform process line. The platform worked as a R&D type pilot line which runs solar cell processes in a small volume level. (1) Installation of experimental lineThe standard crystalline solar cell fabrication line was established to evaluate newly developed processes and materials. The processes were improved for thin 100μm thin crystalline Si solar cell fabrication. (2) Crystal growth and defect analysisThe low cost Si feedstock was produced by zinc reduction process. The minority carrier lifetime was evaluated as a function of the injected carrier density. The electrically active defects in multi-crystalline Si were studied by the photo-luminescence and the electron beam induced current. The recombination properties at Σ3, 9 and 27a, small angle boudaries, and randum boundaries, were analyzed. (3) Next generation fabrication processes The 30 μm fine line printing method was developed for finger electrodes using the newly developed highest count screen mesh and fine textures. (4) Hetero-junction solar cellsTo support the developments of the hetero-junction back contact type solar cells, the 2-D device simulation envelopment was established. The roles of i-aSi:H layers at both the front and the rear junctions of an aSi/cSi was investigated by considering the quantum confinement effect at the interfaces. The interdigitated back-contact Si heterojunction solar cells were numerically investigated to obtain the fabrication guidelines from the view point of the mass production. The electrical properties of transparent conductive oxides with low damage and deposited by reactive plasma deposition were also analyzed. These results above mentioned played important roles to collaborate all participant companies and institutes closely, and to accelerate and elevate the research and development of the project. (5) Lower-cost and higher-efficiency solar cellsThe simplified PERC cell fabrication process was developed. For this next generation cells, the following requirements should be achieved; 1) high efficiency over 20%, 2) lower module cost than $0.5/W, and 3) high profitability on investment. Especially, from the viewpoint of investment reduction, compatibility with the existing production line is important. The advantage of this cell fabrication process is to have high affinity for the existing cell production line. Only 2 or 3 additional processes are required to upgrade the existing line. To obaine the higher efficiency, n-type bifacial solar cell was also developed. New metallization method named Ag/Cu double printing was proposed.
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