高効率集光型太陽電池創製に関する研究

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08650352
• 研究機関: 豊田工業大学
• 研究代表者: 楊 民挙 豊田工業大学, 大学院・工学研究科, PD研究員 (50278397)
• 研究分担者: 山口 真史 豊田工業大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50268033)
• キーワード: 太陽電池 / GaAs / InGaAs / 多重量子井戸 / InGaP / 少数キャリアライフタイム / 集光 / 変換効率

研究概要

世界経済の発展につれ化石燃料の消費量が増えているため、地球温暖化、環境汚染などを招くものとして大きな問題となっている。新エネルギー源として環境にやさしいクリーンな太陽エネルギーに対する期待が大きい。大陽光発電の普及を計るためには太陽電池による発電システムの光-電気変換効率を向上させるとともに、作製コストも低減しなければならない。高効率集光式太陽電池は高効率化と低価格化の両面において非常に有効な手段と考えられる。
低集光領域でGaAs/InGaAs多重量子井戸構造を含むGaAs太陽電池のスーパーリニア効果を見出した。これに関する測定と理論解析を行った。GaAs/InGaAs多重量子井戸太陽電池の活性層は、トラップ密度が高く、キャリア濃度が低いため、再接合中心となるトラップは少数キャリア注入により、低集光倍率下でも高注入条件になる。これにより、少数キャリアライフタイムが光強度とともに増加し、スーパーリニア効果が観測されたと考えられる。
集光条件下で1sun用最適化された高効率InGaP/GaAsタンデム太陽電池の動作、温度特性などを測定した。これを図1に示す。最高変換効率は31.2%に到達した(5.1sun)。変換効率の低下が見られる主な原因としてはJscがタンデムセルにおけるトンネルセルのValley電流密度Jvを越えることにより、FFが急激に減少したのである。理想なトンネルセルの場合を仮定として、直列抵抗Rsが集光条件下でのInGaP/GaAsタンデム太陽電池の変換効率に与える影響を計算した。Rs=0.01Ω/cm^2まで低減すれば33%に越える変換効率を実現できる。さらに、Rs<0.001Ω/cm^2まで減少できれば、高集光倍率での変換効率は35%が得られることが明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] M-J.Yang: "Analysis of Heteroepitaxial AlGaAs/Si Tandem Solar Cell for Concentrator Applications" Proc.25th IEEE Photovoltaic Specialists Conference. 105-108 (1996)
• [文献書誌] M-J.Yang: "Photoluminescence analysis of InGaP top cells for high-efficiency multi-junction solar cells" Solar Energy Materials and Solar Cells. 45・4. 331-339 (1996)
• [文献書誌] M.Yamaguchi: "Radiation-Resistance of InGaP Solar Cells" Proceeding of the 25th IEEE Photovoltaic Specialist Conference. 163-166 (1996)
• [文献書誌] M-J.Yang: "Propertise of Si,GaAs-on-Ge and GaAs-on-Si Solar Cells under Concentrated Sunlight" Technical Digest of 9th Photovoltaic Science and Engineering Conference. 789-790 (1996)
• [文献書誌] Ming-ju Yang: "PROPERTIES OF GAAS/INGAAS QUANTUM WELL SOLAR CELLS UNDER LOW CONCENTRATION RATIOS" 26th IEEE Photovoltaic Specialist Conference. (in press). (1997)
• [文献書誌] Ming-ju Yang: "A 3KW PV-THERMAL SYSTEM FOR HOME USE" 26th IEEE Photovoltaic Specialist Conference. (印刷中). (1997)