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東芝、低コスト高効率タンデム型太陽電池の実現へ発電効率8.4%を達成した透過型Cu2O太陽電池を開発

企業:東芝
産業:

発表日:2021年12月22日

低コスト高効率タンデム型太陽電池向け世界最高効率8.4%を達成した透過型Cu2O太陽電池を開発

-将来の無充電EVや、カーボンニュートラル社会の実現に貢献-

■概要

当社は、低コストで高効率なタンデム型太陽電池の実現に向けて活用が期待されている透過型亜酸化銅(Cu2O)太陽電池において、発電層の不純物を抑制することで、世界最高の発電効率8.4%の実現に成功しました(*1)。本透過型Cu2O太陽電池を発電効率25%の高効率シリコン(Si)太陽電池に積層すると全体の発電効率が27.4%と試算することができ、当社は、Cu2O/Siタンデム型太陽電池が、Si太陽電池の世界最高効率26.7%(*2)を超えるポテンシャルを有することを確認しました。さらに、本太陽電池を電気自動車(EV)に搭載した場合、充電なしの航続距離は1日当たり約35kmと試算することができます(*3)。

タンデム型太陽電池は、2つの太陽電池(セル)をボトムセルとトップセルとして重ね合わせ、両方のセルで発電することにより、全体としての発電効率を上げます(図1)。既存のSi太陽電池など(ボトムセル)に重ねて利用できる低コストで高効率なトップセルの開発が進められる中、当社は、2019年に世界で初めて、トップセルとして低コスト化が可能な透過型Cu2O太陽電池を開発し(*4)、同年、Cu2O/Siタンデム型太陽電池として、Si太陽電池単体効率(当時使用したSiの発電効率は22%)を上回る23.8%の発電効率の実証に成功しました(*5)。

今般の開発は、限られた設置面積で必要な電力を供給できる高効率タンデム型太陽電池の実現につながります。カーボンニュートラル社会の実現に向けた充電なしのEVや電車への活用に加え、成層圏通信プラットフォーム(High Altitude Platform Station:HAPS)といったモビリティへの適用も可能です。

なお本技術は、米国科学雑誌「Applied Physics Letters」オンライン版に掲載されました(*6)。

■開発の背景

カーボンニュートラル社会の実現に向けて、再生可能エネルギーの導入拡大が進んでいます。国内では、昨年度、経済産業省から、「2050年カーボンニュートラルに伴うグリーン成長戦略」(*7)が発表され、国内の発電量に占める再生可能エネルギーの比率を、2018年の17.4%から2050年には50~60%まで増やす方針が宣言されました。本成長戦略では、再生可能エネルギーの主電源化や運輸の電動化の推進が挙げられており、太陽電池を活用する製品・機会・場所の大幅な増加が期待されています。特に、運輸の電動化の推進においては、太陽電池を搭載可能な設置面積が限られる自動車や電車といったモビリティシステムにも、稼働に必要な電力を供給できるタンデム型太陽電池の必要性が増すと予想されています。

代表的な高効率太陽電池であるガリウムヒ素半導体(GaAs)などIII-V族太陽電池(*8)を積層したタンデム型太陽電池は、Si太陽電池と比べて高い30%台の発電効率が報告されていますが、製造コストがSi単体の太陽電池と比べて数百倍~数千倍と高く、幅広い製品に適用するには大幅な低コスト化が必要になります。

透過型Cu2O太陽電池は、地球上に豊富に存在する銅と酸素の化合物であるCu2Oを主な材料とし、III-V族半導体と比べて、基板(ガラス)、原材料(主に銅と酸素)、製造装置(半導体や液晶で用いられるスパッタ装置)はいずれも安価で、大幅な低コスト化が期待できます。透過型Cu2O太陽電池は短波長光を吸収して発電し、長波長光を透過します。長波長光で発電するSi太陽電池をボトムセルに用いることで、全体として、短波長から長波長まで幅広い波長の光をエネルギーに変換することが可能で、限られた設置面積でも必要な電力を供給できる低コスト高効率太陽電池として期待されています。

※図1は添付の関連資料を参照

※以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

図1

https://release.nikkei.co.jp/attach/624412/01_202112221207.png

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach/624412/02_202112221207.pdf

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