極東極楽 ごくとうごくらく

豊饒なセカンドライフを求め大還暦までの旅日記

パネル効率30%超時代

2017年09月14日 | デジタル革命渦論

 

                                        
         

           襄公21年(‐553)~定公4年( -506)   /  中原休戦の時代  
                                                              

                               

        ※  天道は遠く、人道は逞(ちか)し:昭公一七年の冬、彗星が現われた。魯の甲須
        (こうしゅう)は諸国に火災が起こると予言し、同じく魯の梓慎(ししん)は火
        災の起こる日を壬午の日と予言した。鄭の大夫で天文占星の術に通じている裨竈
        (しんそう)が子産に言った。「宋・衛・陳・鄭、この四カ国で、同じ日に火災
        が起こるはずです。わたくしに、珪玉の爵と玉の勺をお借しください。これか使
        って天に祈るならば、わが国は災いを免れるでありましょう」しかし、子産は同
        意しなかった。よく年の五月、火星が夕方に出た。これまでになかったことであ
        る。そして、丙早の日(今の三月八日)に風が吹いた。わが魯国の梓慎は、こう
        予言した。「この風は融風(ゆうふう)と申します。火災の起こる前ぶれです。
        七日後に火災が起こりましょう」三日だつと、風ははげしさを加えた。七日目の
        壬午の日、風はいっそうはげしくなり、はたして宋、衛、陣、鄭の諸国にいっせ
        いに火災が起こった。梓慎は大庭氏の庫跡に登って見渡し、火災は宋、衛、陳、
        鄭の四カ国であると報告した。数日たつと、梓慎の言葉どおりこの四国から火災
        があったことが魯に通知されて来た。鄭では神能が、ふたたび子産に進言した。

        「今度こそ、祈りをささげなければわが国は二度目の火災に見舞われましょうぞ」

        人々は早産に抑厄のことばを採りあげるようにすすめたが、子産は働かされなか
        った。子大叙(游吉)がたずねた。「玉爵といい玉勺といい、すべて宝物は、人
        民を保護するためにあるものです。ここでもう一度火災が起こったら、わが国の
        存立そのものが危くなります。国の滅亡が防げるというのに、何でこれくらいの
        宝物を惜しまれるのですか」

        子産は、「天の働きははてしなく深遠である。それに対し人間の働きの及ぶ範囲
        はごく狭い。人智によって、天の意志を推測することが、どうしてできよう。裨
        竈だけにそれがわかるわけがない。でまかせをならべたてていれば、たまには当
        たることもあろうが」と言って、とりあわなかった。はたして、鄭には、二度目
        の火災は起こらなかった。
        

 

  No.66

【RE100倶楽部:百花繚乱パネル効率30%超時代】

8月25日、米国の国立再生可能エネルギー研究所(NREL)らの研究グループは、シリコン系三接合タ
ンデム型太陽電池として世界最高の変換効率とする35.9%を達成している。また、変換効率は30%
以内ではあるが、7月18日、大阪大学の研究グループは、10秒~30秒の簡単な溶液処理によって、
30%以下の反射率のシリコンウェーハを形成する方法など、パネルの品質向上の様々な改善技術も提案
されている。今回は、これらを含む関連する最新の太陽電池技術、特許事例をリサーチする。 

  


❏ 事例研究:特開
2016-131232 半導体基板、半導体装置の製造方法、半導体装置の製造装置、
           太陽電池および太陽電池の製造方法並びに太陽電池の製造装置

【概要】

従来、シリコン基板(Siウェハ)に対して、白金等の触媒金属の微細粒子が共存するフッ化水素酸・過
酸化水素水
(HF・H)混合溶液に作用させると、Siウェハの表面に、これらの触媒金属により、
開孔/開孔周辺での微細な多孔質層が形成さ
れ、この技術を太陽電池の受光面で適用し、光反射率を低減
することが知られているが、一方で、これらの従来技術は、処理後に溶液中の白金等の触媒金属の粒子が
Siウェハの表面に付着・残存し、半導体表面のキャリア特性を低下させてしまう。また先に、白金メッ
シュ等をローラーに装着して用いて、シリコン基板を酸化しかつ溶解し得る,例えば上述のフッ化水素酸・
過酸化水素水(HF・H)混合溶液等の処理溶液中で、上述白金メッシュ等を処理対象のシリコン基
板に対向配置し接触/近接させたとき、同白金メッシュ等が、その表面形状をシリコン基板の広い面積表
面で、酸化と溶解との反応の触媒作用を発揮し、短時間に、そのシリコン基板表面を微細なナノクリスタ
ル構造層に作り替えの転写用部材となる、同白金メッシュ等を転写用部材利用技術(=化学的構造転写法
-Surface Structure Chemical Transfer-SSCT法)を提示するシリコン基板を低反射光特性の表面の高い光電
変換性能の太陽電池を製造方法がある。 

  

また、転写用部材の形状には、メッシュに限らず、貫通孔/非貫通孔が形成された触媒材、アイランド状
の触媒材あるいは平板状の触媒材を用い得る
こと、さらに、この処理溶液中に1%以下の銀イオンなど少
量の金属イオンが含まれて
いてもよい。 この化学的構造転写法(SSCT法)を用いる場合も、極低反射率
を持ったシリコン基板表面を、迅速、確実に形成、並びにそのシリコン基板表面部のキャリア特性を安定
維持し、実現する方法に、この転写用部材の形状、構造、製作法等にはより創意工夫が求められている
例えば、白金箔の転写用部材をローラーの表面に巻き付ける方法)。この様に、下図23のように、シ
リコン基板表面で可視光領域の低反射率と、シリコン表面の少数キャリアの高移動度化を達成して、半導
体装置の特性向上にあたり、シリコン基板の表面に化学的構造転写法(SSCT法)でSナノクリスタル層
を形成した後、Sナノクリスタル層上に化学的形成の二酸化シリコン(SiO)膜/価電子供給源を含
む酸化物主体の薄膜を形成し、800~900℃の高温酸素雰囲気中で加熱アニール処理/400~50
0℃の水素雰囲気中でアニール処理で、シリコン基板表面での可視光領域の極低反射率を維持するととも
に、外部量子効率(EQE)特性から反射効率を考慮して見積もった内部量子効率(IQE)特性の改善
及びシリコン基板表面での少数キャリアライフタイムの向上並びに高い表面パッシベーション効果を得る
ことができる(詳細は下図ダブクリ参照)。 

 
JP 2016-131232 A 2016.7.21

【図22】本発明の実施例太陽電池の出力特性図
【図23】本発明の実施例太陽電池の反射率、及び量子効率特性図
【図24】本発明の別の実施例のSi基板表面部の断面構造による工程フロー図
【図25】本発明の他の実施例太陽電池の構造断面図

【符号の説明】

1,21  P型シリコン基板 2,22  ナノクリスタル構造層 3  アルミニウム蒸着層 
23  PSG薄膜 24  BSG薄膜 25  n領域 26  バックサーフェース(BSF)構造層


❏ 事例研究:特開2017-157781 光電変換素子および光電変換素子の製造方法

【概要】

前述の事例のごとく、裏面接合型太陽電池セルは、従来、結晶シリコン基板の受光面側に設けられていた
pn接合および電極を結晶シリコン基板の裏面側形成することで、結晶シリコン基板の受光面側に設けら
れる電極による影をなくし、太陽光をより多く吸収する高効率の太陽電池であり、裏面接合型太陽電池セ
ルには、結晶シリコン基板の裏面に❶不純物を熱拡散させpn接合形成したものが量産されている。❷ま
た、さらに高効率の裏面接合型太陽電池セルとするために、結晶シリコン基板の裏面にアモルファスシリ
コン層を形成したヘテロ接合型バックコンタクトセルの開発が進められてきた。

たとえば、裏面接合型太陽電池セルの製造方法が記載されている。まず、半導体基板の裏面上にi型非晶
質半導体層、n型非晶質半導体層および絶縁層をこの順に積層した後に、絶縁層の一部を除去し、残部の
絶縁層をマスクとしてi型非晶質半導体層およびn型非晶質半導体層のアルカリエッチングを行って半導
体基板の裏面の一部を露出させる。次に、半導体基板の露出した裏面ならびにi型非晶質半導体層、n型
非晶質半導体層および絶縁層の積層体を覆うようにi型非晶質半導体層およびp型非晶質半導体層をこの
順に積層する。次に、i型非晶質半導体層およびp型非晶質半導体層のそれぞれの一部をエッチングする
ことによって絶縁層の一部を露出させ、露出した絶縁層を厚さ方向にエッチングすることによってp型非
晶質半導体層を露出させる。その後、n型非晶質半導体層上およびp型非晶質半導体層上のそれぞれに電
極を形成することによって、裏面接合型太陽電池セルとする。しかし、下図のような許文献の裏面接合型
太陽電池セル技術では、特性をさらに向上させることが要望されている。


ここで、下図のごとく、特性を向上させることが可能な光電変換素子にあっては、光電変換素子は、半導
体基板1の第1の面1b側の第1導電型非晶質半導体膜3と第2導電型非晶質半導体膜5とを備え、半導
体基板1と第2導電型非晶質半導体膜5との間に第2のi型非晶質半導体膜4を備えている。半導体基板
1と第2のi型非晶質半導体膜4との間に介在するi型非晶質半導体膜2を備えた構成/構造の光電変換
素子が提供されている。

【符号の説明】

1  半導体基板、1a  受光面、1b  裏面、2  第1のi型非晶質半導体膜、3  p型非晶質半導体膜、
4  第2のi型非晶質半導体膜、5  n型非晶質半導体膜、6  誘電体膜、7  p電極、8  n電極、
9,10  エッチングペースト、11  レーザ光、21  フォトレジスト膜、31  メタルマスク、41 
絶縁膜、51  間隔

【特許請求の範囲】

  1. 第1の面および第2の面を有する第1導電型または第2導電型の半導体基板と、前記半導体基板の
    前記第1の面側の第1導電型非晶質半導体膜と、前記半導体基板の前記第1の面側の第2導電型非
    晶質半導体膜と、前記半導体基板と前記第1導電型非晶質半導体膜との間の第1のi型非晶質半導
    体膜と、 前記半導体基板と前記第2導電型非晶質半導体膜との間の第2のi型非晶質半導体膜と、
    前記第1導電型非晶質半導体膜上の第1電極と、前記第2導電型非晶質半導体膜上の第2電極と、
    前記半導体基板と前記第2のi型非晶質半導体膜との間に介在するi型非晶質半導体膜と、を備え
    た、光電変換素子
  2. 前記介在するi型非晶質半導体膜は、前記第1のi型非晶質半導体膜が前記半導体基板と前記第2
    のi型非晶質半導体膜との間に延在した部分を含む、請求項1に記載の光電変換素子
  3. 前記第1のi型非晶質半導体膜の厚さは、前記介在するi型非晶質半導体膜の厚さと異なっている、
    請求項1または請求項2に記載の光電変換素子
  4. 前記介在するi型非晶質半導体膜の厚さは、前記第1のi型非晶質半導体膜の厚さよりも薄い、請
    求項3に記載の光電変換素子
  5. 前記第2のi型非晶質半導体膜と前記第2導電型非晶質半導体膜との積層体と、前記第1導電型非
    晶質半導体膜との間には間隔が設けられており、前記間隔に位置する前記介在するi型非晶質半導
    体膜上に絶縁膜をさらに備えた、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の光電変換素子
  6. 半導体基板の第1の面上に第1のi型非晶質半導体膜と第1導電型非晶質半導体膜とをこの順に形
    成する工程と、前記第1導電型非晶質半導体膜の一部を厚さ方向に除去するとともに、前記第1の
    i型非晶質半導体膜の一部を厚さ方向に一部残すように除去する工程と、前記第2のi型非晶質半
    導体膜と前記第2導電型非晶質半導体膜とをこの順に形成する工程と、前記第1導電型非晶質半導
    体膜上に第1電極を形成する工程と、前記第2導電型非晶質半導体膜上に第2電極を形成する工程
    と、を含む、光電変換素子の製造方法。 

❏ 事例研究:特開2017-157539 融雪機能を備えた太陽光発電モジュール及び該太陽光発電
               モジュールを設置した建設物 
   
  

【概要】

太陽光発電を行うソーラーパネルは、❶通常複数枚の太陽電池モジュールから構成されており、各太陽電
池モジュールには、下図3に示すように、実用的な電気出力を取り出すために、複数の太陽電池セルが並
べられ直並列に接続されている。❷
太陽電池モジュールにおいては、リーク電流を防止する等の目的で、
隣り合う太陽電池セルは所定の間隔(すき間)を置いて配置されている。
また、各太陽電池セルの受光面
側及び背面側(受光面側の反対側)には、太陽電池が生み出した電流を取り出すための電極が配置される。
❸背面側の電極としては、背面側は光を受けないので、集電効率を上げるために背面側全面を覆うように
電極が形成される。❹一方、受光面側の電極は、電極が太陽電池セルに入り込む日射を遮ることから、集
光効率及び集電効率を勘案して、図4に示すように、太陽電池セル内部で発生した電気を収集するための
微細な多数のフィンガー電極と、そのフィンガー電極と垂直に交わり、フィンガー電極が収集した電気を
外部に取り出すための比較的幅広なバスバー電極が形成される。❺
また、一般に用いられる太陽光発電モ
ジュールとしては、図4に示すように、表面保護部材307とバックシート308の間に、導電線303
によって接続された複数の太陽電池セル302が封入された太陽光発電モジュール301が用いられてい
る。



太陽光発電モジュールは太陽光が当たり易い部分に設置され、受光面からの太陽光の入射により太陽電池
セル内部で電気を発生させ、受光面側及び背面側(受光面側の反対側)に配置された電極により電流が収
集される。
このような太陽光発電モジュールが降雪地に設置され、その受光面が積雪した際には、太陽電
池セルに入射する太陽光が遮られるため、太陽光発電モジュールの発電効率が低下してしまう。さらに、
太陽光発電モジュールが家屋、ビルディング等建設物の高い箇所に設置されている場合には、降雪の度に
除雪作業を行なう事は面倒であり、危険でもある。このために、融雪機能を備えた太陽光発電モジュール
が提案されている。

例えば、下図5(a),(b)に示すように、太陽光電池モジュールユニット201/202の背面側(
受光面側の反対側)に発熱シートユニット150を積層した融雪太陽電池パネルが開示されているが、融
発熱シートユニット150が太陽光電池モジュールユニット201又は202の背面側に配置されている
ため、太陽光電池モジュールユニット201/202の受光面の積雪を経済的かつ効率的に除去できない。
また、下図6に示すように、受光面側のガラスパネル402の下面に、PET(ポリエチレンテレフタレ
ート)製の透明フィルムの受光面側にITO(酸化インジウム錫)製の透明電極膜を被覆した、透明な面
状発熱シート406を設け、太陽電池モジュール405の受光面への積雪414を除去するようにした融
雪機能付太陽電池モジュール405が開示されているが、このような透明電極膜には、インジウムは高価
であり安定供給に限界があり、脆弱で、曲げ耐性もない、薄膜作製に真空過程を必要とするためコストが
かさむ、面状発熱シート406の熱はガラスパネル402を介して積雪414に伝えられるため融雪が効
率的に行えない等の問題があり、太陽電池モジュールの受光面の積雪を経済的かつ効率的に除去すること
は難しい

ここでは、下図のごとく、太陽光発電モジュールの受光面の積雪を経済的かつ効率的に除去できると共に、
降雪時以外の通常時においても太陽光発電モジュールの発電効率を低下しない、融雪機能を備えた太陽光
発電モジュールを安価に提供するにあたり、
複数の太陽電池セルの受光面側に設けた発熱ユニット層1
を、1)透明な絶縁基材の表面に、一対の電極2,3並びに該一対の電極の間を接続する複数の細帯状の
発熱部4を設けた発熱体を導入、又は2)前記透明な表面保護部材の受光面側/背面側の表面、または、
この記太陽電池セルの受光面に、一対の電極2、3並びに一対の電極の間を接続する複数の細帯状の発熱
部4からなる発熱層を形成すること、により設け、発熱ユニット層1を、太陽電池セル間のすき間、並び
に各太陽電池セルのフィンガー電極及びバスバー電極の受光面側上部に配置させる。

【符号の説明】

1  発熱ユニット層 2 電極A 3  電極B 4 (発熱ユニット層の)発熱部 5  (発熱ユニット層
の発熱部間の
)スリット 6  太陽電池セル 7 (太陽電池セル間の)すき間 8  (太陽電池セルの)
フィンガー電極 9 (太
陽電池セルの)バスバー電極 150 発熱シートユニット 201 太陽光電
池モジュールユニット 202 太陽光電
池モジュールユニット 301太陽光発電モジュール 302 
太陽電池セル 303 導電線 307 表面保護部材
308 バックシート 402 (受光面側の)
ガラスパネル 405 太陽電池モジュール 406  (透明な)面状発熱
シート  414  積雪 a   
(発熱ユニット層の)発熱部の幅   b  発熱ユニット層の)発熱部のピッチ  c (発熱
ユニット層の
)電極の幅   d. (太陽電池セルの)フィンガー電極の幅  
e (太陽電池セルの)フィンガー電極のピ
ッチ  f. 太陽電池セル間のすき間の幅  g.(太陽電池セルの)バスバー電極の幅

❏ 事例研究:特開2017-157692  検査装置及び検査方法

【概要】

半導体試料に対して、所定波長の光ビームを照射し、それによって半導体試料から放射されるテラヘルツ
波を検出することによって、当該半導体試料を検査する技術が知られているが、平行光でない光ビームを
光学系で集光して半導体試料に照射する場合、半導体試料の厚さ方向の位置に応じて、半導体試料から放
射されるテラヘルツ波の強度が変化する場合がある。これは、光ビームに対する半導体試料の位置が変わ
ることで、光ビームの照射状態が変化するためである。半導体試料を良好に検査するためには、半導体試
料から高強度のテラヘルツ波を放射させる必要があり、そのためには、光ビームの光路に対して半導体試
料を最適な位置に配する必要があり、 例えば、太陽電池を検査する場合、一般的には太陽電池セルの表面
付近に光ビームを集光させることで、高強度のテラヘルツ波を放射できる。そこで、従来は、光ビームの
集光位置を太陽電池の表面付近に合わせるために、測長器を用いて表面位置の高精度特定するが、測長器
が比較的高価なため低コストで半導体試料の好適な位置を決定技術が求まられている。さらに、ワンセル
モジュールでは、太陽電池セルがエチレン酢酸ビニル(EVA)に封止し、並板ガラス等が重ねられたり
するケースがあるため、太陽電池セルの表面の位置を測長器で正確な特定が困難で、高強度テラヘルツ波
の発生させることが困難である。この様に
光ビームに対する半導体試料の好適な位置を低コストで決定す
る技術を提供にあたり、太陽電池が、試料
台に保持されるS10。そして、太陽電池の主面を撮影して取
得された主面画像に基づいて、太陽電池の厚さ方向における仮検査用位置が決定されるS20。続いて、
太陽電池を仮検査用位置及び仮検査用位置とはZ軸方向に異なる鉛直位置に配された太陽電池にパルス光
を照射することで放射されるテラヘルツ波各々の強度に基づいて、検査用位置が決定されるS30。次い
で、検査用位置に配された太陽電池にパルス光が配された状態で、太陽電池の検査が行なわれるS40。



以上、今回の残件事例はについて残件扱いとして後日掲載する。

 

  Sep. 13, 2017

● 今夜の一枚:ロールスロイス 自律型海軍艦隊モデル

  

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