屋根の上に、次世代太陽電池を敷き詰めよう

理工学部 電気電子工学科　峯元高志 准教授

自然エネルギーを使った発電方法の代表とも言える，太陽電池。今以上に世の中に広めるためには，どうすればいいでしょう。その答えは，発電効率の向上と，製造コストの低減。その実現に向けて，峯元先生は研究を進めています。

シリコンの次に，屋根の上に乗るのは？

家や学校の屋根の上によく見るようになった太陽電池。現在普及しているものはほぼすべて材料にシリコンを使ったものですが，最近は，新しい材料で，より発電効率の高い太陽電池もさまざまなものが開発されています。その中で，シリコン型の次に普及すると考えられているのが，CIGS型。銅（Cu），インジウム（In），ガリウム（Ga），セレン（Se）といった元素を素材とした化合物からつくられています。厚さが2 μmと，従来のものの100分の1であるため，使う材料が少なく済むというメリットがあります。
「新しいタイプの太陽電池が普及するかどうかは，コストにかかっています」と峯元先生は言います。製造，設置，維持にかかるコストを，設置後の発電で取り戻せるかどうかが判断基準なのです。現在普及しているものよりも高効率なものを低コストでつくることができれば，一気に世の中に広まるはず。研究室では，CIGS型太陽電池のさまざまな製造技術を研究しています。

きれいより，不純なものがよく働く

研究テーマのひとつが，真空中でのCIGS型太陽電池の製造技術。現在の技術では，製造工程の一部を真空状態で，別の一部を非真空で行う必要があります。この環境の変化をつくること自体がコストになるため，全体を真空状態の中でつくる方法を考えているのです。
たとえば非真空で行う必要があるのが，光を吸収したCIGS層から電子を受け取る「バッファー層」をつくる部分。現在はめっきのような方法でつくるため，液体に浸す必要があります。これを，真空状態で層を形成するスパッタリングという方法でつくると，性能が落ちてしまうのだといいます。「めっきの場合，溶液中に含まれる不純物が，わずかに混ざり込みます。それが性能向上に効いています」。スパッタリングでは純度の高い，きれいな層ができるために，かえって性能が上がらない。それを改善するため，どれくらい不純物を混ぜればいいのか，組成を変えてつくっては性能を測定することを繰り返しています。

現実を理論に追いつかせる

じつは峯元先生，CIGS層とバッファー層との電子の受け渡しに関する理論を，10年前にすでに見出していたのだといいます。「ただ，どのような組成のバッファー層をつくれば高効率になるのか，まだ理論を現実に落とし込めていないのです」。実際に使えるモノをつくって社会に役立てないと，意味がない。そう話す先生の研究室から，きっと次世代の太陽電池を普及させる技術が生まれるでしょう。