ブックタイトル新太陽エネルギー利用ハンドブック

概要

新太陽エネルギー利用ハンドブック

第3章市販されている太陽電池3・1パナソニックの太陽電池3・1・2 HIT太陽電池の特長パナソニック(旧三洋電機)が培った水素化アモルファスシリコン(a-Si:H)の高品質化技術をベースとした，a-Si:Hと単結晶シリコン(c-Si)とのヘテロ接合型太陽電池であるHIT＊(Heterojunction with IntrinsicThin-layer)太陽電池は，世界最高レベルの変換効率が得られる，両面発電型モジュールへの応用が容易など，多くの優れた特長を有する太陽電池である．この章では，HIT太陽電池の特長，高効率化への取組み，商品バリエーションについて述べる．3・1・1プロセス・構造図3・1・1にHIT太陽電池の構造を示す．n型のc-Siウェハ表面にi型(ノンドープ)のa-Si:H層とp型(ボロンドープ)のa-Si:H層を堆積することでp/nヘテロ接合を形成する．c-Siウェハの反対側の面には，i型とn型(リンドープ)のa-Si:H層を堆積し，BSF(Back Surface Field)構造を形成する．続いて表裏のドーピングされたa-Si:H層の上に，透明導電酸化物(Transparent Conductive Oxide: TCO)層と金属グリッド電極を順次形成し，HIT太陽電池が完成する．これら全ての工程が200℃以下の低温プロセスであるため，高温プロセス(?900℃)が必要な一般の結晶Si系太陽電池と異なり，高温処理を経ることでのウェハHIT太陽電池における最大の特長はc-Siウェハとドーピングされたa-Si:H層の間に高品質なi型a-Si:H層を挿入することにより，a-Si:Hとc-Siとがなすヘテロ界面における良好なパッシベーション性能を有することにある(1)．そのため構造的な特徴からHIT(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer)構造と呼んでいる．この良好なパッシベーション性能により，c-Si表面でのキャリア再結合が抑制される結果，高い開放電圧(open-circuit voltage: Voc)が得られ，変換効率の向上と，夏場の高温条件下における出力低下の抑制効果をもたらす(2)．HIT太陽電池のもう一つの特長は表裏対称構造を持つことである．これを活かし，モジュール裏面側の部材を透明とすることで，両面発電型モジュールの構成が可能となる．セルの一方面からの光入射による発電だけでなく，地表面等からの反射光を利用することによって，発電効率を向上することができる．加えて，両面発電型モジュールは設置の自由度が増すため，さまざまなアプリケーションへ利用可能である．また，前述のように機械的な応力を緩和することができるため，Siウェハの薄型化による材料使用量の削減に対しても有利である．このように，HIT太陽電池は，発電特性においても構造的な特徴においてもユニークな太陽電池である．3・1・3 HIT太陽電池におけるパッシベーション効果図３・１・１HIT太陽電池の構造品質の低下が生じない．また，図3・1・1のように表裏対称構造を有するため，構成部材の熱膨張係数の違いによる応力も緩和することができ，反りなどが少なく，ウェハの薄型化に有利な構造となっている．＊「HIT」はパナソニックグループの登録商標である．一般的な結晶Si太陽電池は，SiO2やSiNといった絶縁性薄膜で基板表面の未結合手を終端し，欠陥密度を低減させることでキャリア再結合の抑制(パッシベーション)を行っている(3)．これに対して，HIT太陽電池はc-Siとほぼ同じ共有結合半径を持ち(4)，構造柔軟性に優れた適量の水素を含有する高品質a-Si:H膜を表面パッシベーション層に使用する．これらの特徴を有するa-Si:Hはc-Si表面の未結合手を効果的に終端していると考えられる．加えてバンドギャップが広いため，ヘテロ接合界面でのキャリアに対するバリア効果が向上する．さらにドープ層による電界効? 101 ?