化合物系薄膜太陽電池の製造技術と展望

第1部 CIS系薄膜太陽電池の現状と今後の展望

～ソーラーフロンティアの取組み
(2012年3月21日 10:00～11:20)

1. CIS系薄膜太陽電池技術の現状
   • CIS系薄膜太陽電池技術は、現在世界で20社程度が事業化を検討していると言われるが実際には事業化の困難さにも直面している。この現状を概説する。
2. CIS系薄膜太陽電池の製造技術
   • CIS系薄膜太陽電池技術は、1980年代からの技術開発を基盤として発展して来た。
     その歴史的背景と事業化に供されている製造技術に関して概説する。
3. CIS系薄膜太陽電池技術の将来展望
   • 太陽電池技術は太陽光発電市場の拡大に伴い、ある意味淘汰の時代を迎えている。
     これを乗り切るためのCIS系薄膜太陽 電池技術の課題と将来展望を概説する。

第2部 CIGS薄膜太陽電池の製造技術開発動向と低コスト・高効率化に向けた製造プロセス

(2012年3月21日 11:30～13:00)

Cu (In,Ga) Se2 (CIGS) を代表とする化合物薄膜太陽電池は、既に市場に出荷されているものの、作製時の問題を多く抱えているのが現状である。
本セミナーは、CIGS薄膜や太陽電池の作製法について基礎から現状を解説し問題点を整理するとともに、CIGS太陽電池を「早く・安く・簡単に」作製するためのプロセス技術や材料マッチングなど、これから必要なアイデアを紹介する。

1. 化合物太陽電池について
   • 半導体材料の選択
2. CIGS太陽電池の現状と課題
   1. CIGS薄膜/太陽電池とは
   2. 研究・開発の歴史
   3. CIGS薄膜/太陽電池の特徴・利点
   4. CIGS太陽電池の作製法と問題点
   5. 国内外のCIGS太陽電池メーカーの動向
3. CIGS太陽電池の新規作製プロセス
   1. フレキシブル基板上へのCIGS太陽電池の作製
   2. 印刷技術を用いたCIGS太陽電池の作製
   3. 脱Cd技術を用いたCIGS太陽電池の作製
   4. pn接合部以外の新規材料・プロセス技術
4. まとめ
   • CIGS太陽電池の将来性
• 質疑応答

第3部 円筒型およびフレキシブル型CIGS太陽光発電モジュールの技術概要と性能評価に対する取り組み

(2012年3月21日 13:40～15:00)

　CIGS太陽電池は、薄膜太陽電池の中で最も光電変換効率が高く、大面積モジュールの長期安定性が実証されたうえ本質的に低コスト化が可能なため、結晶系シリコン太陽電池のほぼ独占状態であった太陽光発電市場で非常な勢いで導入実績が伸びてきている。 　日本国内の太陽光発電市場に目を向けると、世界市場でも同様なことが言えるがCIGS系太陽光発電モジュールメーカーの代表格であるソーラーフロンティア社とホンダソルテック社は既に一定の地位を築いている。 　このような状況の中、世界中でCIGS太陽電池のR&Dや商業化が活発になされているが、市場への参入障壁は決して低くなく、参入するには製品・技術の差別化が重要になると考える。 　本講演では、CIGS薄膜太陽電池の技術と市場の概要を述べた後、円筒型およびフレキシブル型CIGS太陽光発電モジュールといった従来の平板型太陽光発電モジュールとは異なるモジュールについての技術的な特徴やそれらモジュールが日本市場に参入するために必要な性能を有しているかを見極めるための評価に対する取り組み内容を紹介する。

1. CIGS薄膜太陽電池の技術概要
   1. CIGS薄膜太陽電池の特長
   2. 多種多様な形状、製膜方法のCIGS薄膜太陽電池
2. CIGS薄膜太陽電池の市場トレンド
   1. 太陽光発電市場におけるCIGS系太陽光発電モジュールの位置づけ
   2. 市場参入を狙う世界各国のCIGS系太陽光発電モジュールメーカー
   3. CIGS系太陽光発電モジュールの期待できるアプリケーションの考察
3. 円筒型およびフレキシブル型CIGS太陽光発電モジュールの技術概要
   1. 円筒型CIGS太陽光発電モジュールの特徴
   2. フレキシブル型CIGS太陽光発電モジュールの特徴
   3. 円筒型およびフレキシブル型CIGS太陽光発電モジュールを用いた新たなアプリケーションの提案
4. CIGS薄膜太陽電池の性能評価に対する取り組み
   1. 円筒型CIGS太陽光発電モジュールの各種フィールドテスト
   2. フレキシブル型CIGS太陽光発電モジュールの各種フィールドテスト
• 質疑応答

第4部 InフリーCZTS薄膜太陽電池の開発と製造技術

(2012年3月21日 15:10～16:30)

　本講演では、汎用原料のみで構成できるInフリーCu2ZnSnS4 (CZTS) 薄膜を光吸収層に用いた新型太陽電池の研究開発を紹介する。 　CZTSは約1.5 eVの禁制帯幅と104cm-1台の大きな光吸収係数を持つため、薄膜太陽電池材料として有望である。 　このすばらしい光学特性を、1988年に初めて明らかにしたのは、信州大学の伊東教授らであった。 　彼らは、カドミウム・スズ系酸化物とのヘテロ接合を形成し165mVの開放電圧を報告している。 　筆者の研究室では、真空製膜装置によりCu-Zn-Sn-S系のプリカーサを作製した後、硫化水素雰囲気中で熱処理する事によってCZTS 薄膜を作製している。 　1996年には、SLG/Mo/CZTS/ CdS/ZnO:Al/Al構造の薄膜太陽電池を構成し、CZTS系薄膜太陽電池では初めてとなる0.66%の変換効率を発表した。 　その後、各種の評価を通して作製条件の最適化を図り、変換効率の向上に努めてきた。 　2008年には、6.77%の変換効率を発表している。 　最近では、組成比に対する変換効率マップを公表し、Cu-poor, Zn-rich組成が好ましい組成であることを明らかにしている。 　本講演では、筆者の研究室で行っているスパッタ・硫化法によるCZTS薄膜の作製に焦点を当てて、従来の研究の推移を報告する。

1. はじめに
   1. 化合物太陽電池の現状
   2. 脱希少金属系太陽電池
2. CZTS薄膜太陽電池の作製
   1. 硫化法によるCZTS薄膜の作製
   2. 初めての変換効率
   3. 原材料の違い
   4. プリカーサ積層順の検討
3. 変換効率マップ
   1. 3源同時スパッタシステム
   2. 作製条件の再検討
   3. 擬3元系組成図上での変換効率マップ
4. 化合物ターゲットによるCZTS光吸収層の作製
   1. As-sputter膜
   2. 窒素雰囲気アニール
   3. 硫化処理
5. 無毒性薄膜太陽電池を目指して
   1. 大気開放型CVDとは?
   2. ZnO界面層によるセルの構成
6. 最新成果と今後の展開
• 質疑応答