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超高効率光起電力変換共同研究推進センター

学術フロンティア推進事業 超高効率光起電力変換共同研究推進センター

センターの概要

平成14年度:事業発足
センター長:山口 真史
特許出願:12件

研究の目的と社会的ニーズ

21世紀の重要課題であるエネルギー,環境問題の解決のため,新エネルギーとして太陽電池を用いた太陽光発電に大きな期待が寄せられています。
太陽光発電の広範な普及・導入を実現するためには、光を電力に変換する効率を高める(超効率化)と同時に、低コストでの太陽電池の製造の実現が必要です。

本プロジェクトでは,太陽電池の機能や製造上における問題点の把握とその解決策の研究をベースとして,新しい材料の探索,新規薄膜形成技術の開発、多接合構造や量子ナノ構造を利用した新型太陽電池の研究、集光型太陽電池の研究開発などを進めています。
本プロジェクトにおける太陽電池の研究開発ターゲット図表

具体的な研究課題・テーマ

< 新材料探索に基づく高効率多接合構造太陽電池の研究 >

太陽電池高効率化の極限追究のため、現在、3接合レベルにある多接合構造太陽電池の4接合化、5接合化に向けた多接合用新材料の探索を行います。
変換効率40%以上が期待できる4接合構造用新材料として、InGaAsN薄膜の高品質成膜の研究を、CBE(Chemical Beam Epitaxy)法により行っています。従来法に比べて、X線半値幅が狭く結晶性の良い、キャリア移動度の高いGaAsN膜を実現しています。また、低バンドギャップ新材料として、ß相鉄シリサイド(ß-FeSi2)の多結晶膜形成に関する研究を行っています。

< 高効率結晶Si太陽電池および基板結晶の研究 >

擬単結晶Si基板の結晶成長装置を設計・設置し、高品質Si結晶育成の研究を行っています。多結晶Siの結晶欠陥や不純物の変換効率への影響を明らかにし、結晶成長へのフィードバックをはかります。また、表面パッシベーション、不純物ゲッタリング、キャリアおよび光閉じ込め等を検討し、結晶Si太陽電池の高効率化(効率20%以上)をはかります。太陽電池表面の反射防止構造として、サブ波長構造の導入により結晶Si太陽電池の反射損失低減を実現しています。

< 表面・界面・欠陥物性と新規薄膜技術創製に関する研究 >

格子不整合系多接合構造太陽電池のヘテロエピ界面での格子不整合転位の挙動を解析し、傾斜組成バッファ層、および熱サイクルアニールによる転位密度低減の効果について、研究を行っています。
また、放射線照射欠陥の挙動や、太陽電池の放射線耐性に関する研究を行っています。

< 新量子ナノ構造を利用した新型太陽電池の研究 >

量子井戸・量子ドット、超格子構造やブラッグ反射構造などの新しい量子ナノデバイス構造や、衝突電離や多段励起などの新しい原理に関する研究を進め、変換効率40%以上、さらには、50%以上の超高効率化の極限追究を目指します。

< 高効率・低コスト多接合構造、集光型太陽電池の研究開発 >

集光型太陽電池は、太陽電池使用量の大幅な削減による低コスト化ばかりでなく、変換効率の向上にも有効な技術であり、高効率・低コスト・長寿命集光型太陽電池の開発を進めます。シャープとの共同研究の成果として、InGaP/InGaAs/Ge3接合セルの498倍集光で変換効率38.9%を達成しています。また、大同特殊鋼との共同研究の成果として、集光型InGaP/InGaAs/Ge3接合セルモジュール(7,000cm2)で、屋外測定で効率28%を実現しています。


トピックス

共同研究の推進

国内では筑波大学、福井大学と、海外では米国・国立再生可能エネルギー研究所(NREL)、英国・王立科学技術大学(Imperial College)、ドイツ・フラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所(Fraunhofer ISE)との共同研究を推進しています。

開発メンバー

教授 2名 准教授 2名 講師1名 助教 1名 PD研究員 1名研究補助者2 名 計9名
メンバー
山口 真史 教授/神谷 格 教授/大澤 潤准教授/大下 祥雄准教授 /前田佳伸講師/小島 信晃 助教
新船 幸二 研究補助者/鈴木 秀俊研究補助者

設備一覧

ケミカル・ビーム・エピタキシー(CBE)装置
シリコン結晶成長炉
分子線エピタキシー装置
薄膜材料結晶性解析X線回折装置
X線光電子分光装置
比抵抗/DC & ACホール測定装置
太陽電池特性分光感度特性測定装置
フォトルミネッセンス測定装置


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