JP2006173545A - 希土類ドープCaF2層を有する太陽電池構造及び太陽電池モジュール構造 - Google Patents
希土類ドープCaF2層を有する太陽電池構造及び太陽電池モジュール構造 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006173545A JP2006173545A JP2004382437A JP2004382437A JP2006173545A JP 2006173545 A JP2006173545 A JP 2006173545A JP 2004382437 A JP2004382437 A JP 2004382437A JP 2004382437 A JP2004382437 A JP 2004382437A JP 2006173545 A JP2006173545 A JP 2006173545A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solar cell
- rare earth
- caf
- spectral sensitivity
- calcium fluoride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
【課題】太陽電池効率を現在のものより大幅に向上させるためには、現在の太陽電池セルでは未利用である帯域の光を有効に利用することが必要である。短波長領域の光エネルギーを利用するためには一般的にワイドギャップ半導体を利用して太陽電池の短波長側の分光感度特性を向上させる方法が取られる。この方法の波長領域は使用する半導体のバンドギャップに制約される。セルのスタック数を増やすと製造コストが大きく上昇するとともに、格子整合、各セルの間の電流マッチングが困難になるなど制約が多い。
【解決手段】希土類ドープCaF2波長変換層を太陽電池セルまたはモジュールの入射光路に挿入し、適切な分光感度特性を持った太陽電池素子と組み合わせることによって、実効的な短波長側の分光感度特性を拡大する。本構造の導入により太陽電池素子またはモジュールの変換効率を増大させる。
【選択図】 図3
【解決手段】希土類ドープCaF2波長変換層を太陽電池セルまたはモジュールの入射光路に挿入し、適切な分光感度特性を持った太陽電池素子と組み合わせることによって、実効的な短波長側の分光感度特性を拡大する。本構造の導入により太陽電池素子またはモジュールの変換効率を増大させる。
【選択図】 図3
Description
本発明は太陽電池および太陽電池モジュールに関する。
現在、フッ化ルシウム結晶はレンズ結晶材料に大型結晶が使われるなど多くの注目を集めている結晶材料である。10μmの赤外領域から125nmの紫外域に至る範囲で高い透過率と適当な屈折率変化を持つことから、紫外光源用窓、光学関連部品としての用途がある。さらに不純物を添加しシンチレータ結晶としての有用な特性を有している。本発明者らは希土類添加CaF2の光学特性について鋭意研究を積み重ねた結果、ランタン系元素と適当な酸素をフッ化カルシウム結晶中に添加することにより紫外域にわたる短波長成分を可視域の波長に高効率で変換できることを見出した。
結晶系Si太陽電池の開発にはLSIプロセスで積み上げられてきた技術を移植することが可能であったことから太陽電池の中では最も古くから実用化が図られてきた。光発電システムは90年代より普及が始まりシステム価格は低下しつつあるが、その発電単価は火力、原子力等の既存の発電システムと比べると2〜3倍であり、製造コストが高いことが光発電システム普及の最大のネックとなっている。太陽光発電システムの普及を促すには製造コストの削減が急務であるが、現在のデバイス構造では量産規模の拡大だけでシステムコストを目標値である現在の1/3まで下げるのは困難な状況である。
セルの製造プロセスコストが下がると、その価格低減はいずれ原料コストによって制約を受けるようになる。これを回避する方法としてはセルの薄膜化、高効率化、集光セル方式の採用が考えられる。特に変換効率向上は原料使用量の低減の他に架台、工事費等の周辺設備コストの削減によるコスト削減効果が期待できる。加えて、わが国では光発電システムを主に住宅等の屋根に設置しているが、効率の低いシステムで必要な出力を得るには大面積が必要となり設置可能な場所が限定される。太陽電池の変換効率が向上すればより狭いエリアで必要なシステムを設置することができる。このために未利用であるスペースが有効利用できるようになり光発電システムの普及に拍車がかけられる。
セルの製造プロセスコストが下がると、その価格低減はいずれ原料コストによって制約を受けるようになる。これを回避する方法としてはセルの薄膜化、高効率化、集光セル方式の採用が考えられる。特に変換効率向上は原料使用量の低減の他に架台、工事費等の周辺設備コストの削減によるコスト削減効果が期待できる。加えて、わが国では光発電システムを主に住宅等の屋根に設置しているが、効率の低いシステムで必要な出力を得るには大面積が必要となり設置可能な場所が限定される。太陽電池の変換効率が向上すればより狭いエリアで必要なシステムを設置することができる。このために未利用であるスペースが有効利用できるようになり光発電システムの普及に拍車がかけられる。
現在主に使われている結晶Si系太陽電池は多結晶Siまたは単結晶Siを用いたシングルpn接合セルである。このような構造のセルの理論効率は28%程度といわれているが量産レベルでは単結晶Siで15−17%が一般的である。将来における太陽電池の大量普及を促進するためには、これまでない高効率かつ低コストなセルが求められる。太陽電池の効率を現在のものより大幅に向上させるためには、現在のセルでは未利用の紫外域及び赤外域の光エネルギーを有効に利用することが必要である。これを実現する方法として多接合構造によるマルチバンドギャップあるいは中間バンドを有する新たなバンド構造を利用した太陽電池構造が提案され、理論的には60%以上の変換効率の可能性が示されている。
短波長領域の光エネルギーを利用するためには一般的にワイドギャップ半導体を利用して太陽電池の短波長側の分光感度特性を向上させる方法が取られる。この方法の波長領域は使用する半導体のバンドギャップに制約される。現在作られているIII−V族系マルチスタック太陽電池ではバンドギャップの上限が2.2eVであり、紫外領域に十分な感度を持たせることが困難である。さらにセルのスタック数を増やすと製造コストが大きく上昇するとともに、格子整合、各セルの間の電流マッチングが困難になるなど制約が多い。
波長変換素子を利用すれば、太陽電池の吸収できない短波長光を太陽電池の吸収帯域である長波長側ににシフトさせることにより実効的な太陽電池のスペクトル帯域を拡大することが可能となり、より少ないスタック数で波長域の拡大を図ることができる。本発明に使用される希土類添加フッ化カルシウムは、短波長領域の光を広い範囲にわたって効率よく長波長の光に変換することが可能であり、適切な分光感度特性を持った太陽電池素子と組み合わせることによって、太陽電池の実効的な分光感度特性を紫外域にまで広く拡大することが可能になる。本方法を用いればワイドギャップ半導体を用いて分光感度帯域を短波長側に広げる手段に比較して製造コストを大幅に抑えながら太陽電池の変換効率を容易に向上させることが可能となる。
図1にEu添加CaF2結晶の蛍光分光分析の結果を示す。CaF2結晶に入射した410nmより短波長側の波長成分はすべて結晶に吸収されて420−430nmの波長に変換されている。図2の様な400nm−900nmの範囲に分光感度特性を持つGaAs単一接合セルに厚さ1mmのEu添加CaF2結晶板を重ねて太陽電池モジュールを構成した。図3にモジュール構造を示す。光源はAM1.5のソーラーシミュレータを用いた。CaF2結晶を組み合わせることによって3%の短絡電流増加が観測され、短波長領域の収集効率が増大していると考えることができる。CaF2結晶への不純物添加条件、組み合わせる太陽電池特性等の最適化によりさらなる変換効率の向上が期待できる。
図4にアモルファスシリコン太陽電池と組み合わせたモジュール構造を示す。400−700nmに分光感度特性を持つアモルファスシリコン太陽電池に厚さ1mmのEuドープCaF2結晶板を重ねて太陽電池モジュールを構成した。CaF2を組み合わせることによって2%の短絡電流増加が観測され、短波長領域の収集効率が増大していると考えることができる。CaF2へのドーピング条件、組み合わせる太陽電池特性等の最適化によりさらなる変換効率の向上が期待できる。
このような太陽電池モジュールは自動車搭載用電池や信号機との組み合わせに用いられることは明らかであり現在使用されている携帯電話や時計、さらには安全用品例えば運動靴や衣料品の一部に使われる可能性はいうまでもない。
1 GaAsシングルセル
2 EuドープCaF2層
3 a−Siセル
2 EuドープCaF2層
3 a−Siセル
Claims (3)
- 少なくとも1層の希土類ドープCaF2層を有する太陽電池素子
- 入射光路に少なくとも1層の希土類ドープCaF2層を有する太陽電池モジュール
- CaF2層に添加してある希土類元素としてはEuである太陽電池モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004382437A JP2006173545A (ja) | 2004-12-13 | 2004-12-13 | 希土類ドープCaF2層を有する太陽電池構造及び太陽電池モジュール構造 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004382437A JP2006173545A (ja) | 2004-12-13 | 2004-12-13 | 希土類ドープCaF2層を有する太陽電池構造及び太陽電池モジュール構造 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006173545A true JP2006173545A (ja) | 2006-06-29 |
Family
ID=36673927
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004382437A Pending JP2006173545A (ja) | 2004-12-13 | 2004-12-13 | 希土類ドープCaF2層を有する太陽電池構造及び太陽電池モジュール構造 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006173545A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010050466A1 (ja) | 2008-10-31 | 2010-05-06 | 日産化学工業株式会社 | 光電変換装置用波長変換膜形成組成物及び光電変換装置用波長変換膜並びに光電変換装置 |
WO2011078486A2 (ko) * | 2009-12-24 | 2011-06-30 | 한국에너지기술연구원 | 형광체를 사용한 고효율 태양전지 |
WO2017031827A1 (zh) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | 欧贝黎新能源科技股份有限公司 | 太阳能电池复合背板及其制备方法 |
-
2004
- 2004-12-13 JP JP2004382437A patent/JP2006173545A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010050466A1 (ja) | 2008-10-31 | 2010-05-06 | 日産化学工業株式会社 | 光電変換装置用波長変換膜形成組成物及び光電変換装置用波長変換膜並びに光電変換装置 |
WO2011078486A2 (ko) * | 2009-12-24 | 2011-06-30 | 한국에너지기술연구원 | 형광체를 사용한 고효율 태양전지 |
WO2011078486A3 (ko) * | 2009-12-24 | 2011-10-27 | 한국에너지기술연구원 | 형광체를 사용한 고효율 태양전지 |
US8664521B2 (en) | 2009-12-24 | 2014-03-04 | Korea Institute Of Energy Research | High efficiency solar cell using phosphors |
WO2017031827A1 (zh) * | 2015-08-26 | 2017-03-02 | 欧贝黎新能源科技股份有限公司 | 太阳能电池复合背板及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8039736B2 (en) | Photovoltaic up conversion and down conversion using rare earths | |
Peng et al. | Review on life cycle assessment of energy payback and greenhouse gas emission of solar photovoltaic systems | |
Hegedus et al. | Status, trends, challenges and the bright future of solar electricity from photovoltaics | |
US9053957B2 (en) | Structure and method for creating a reusable template for detachable thin film substrates | |
Hsueh et al. | Hybrid Cd‐free CIGS solar cell/TEG device with ZnO nanowires | |
TW200917504A (en) | Solar energy photoelectric conversion apparatus | |
CN102064216A (zh) | 一种新型晶体硅太阳电池及其制作方法 | |
Alsema | Energy requirements and CO2 mitigation potential of PV systems | |
Goldschmidt et al. | Advanced upconverter systems with spectral and geometric concentration for high upconversion efficiencies | |
Zhang et al. | Semiconductor photovoltaic cells | |
TW201110384A (en) | High spot light solar cell module | |
Zhu et al. | GeSn (0.524 eV) single-junction thermophotovoltaic cells based on the device transport model | |
JP2006173545A (ja) | 希土類ドープCaF2層を有する太陽電池構造及び太陽電池モジュール構造 | |
JP2004343022A (ja) | 太陽光発電方法及び装置 | |
Cartlidge | Bright outlook for solar cells | |
Chopra | A Technical Review on the Thin-Films Coatings for Enhancing the Efficiency of the Photo-Voltaic Cells for Solar Energy Applications | |
Jariwala et al. | Sustainable attainment of solar E-waste recycling concerning to COVID-19 crisis: a review | |
Song et al. | Efficiency stokes shifting luminescent materials: Ce3+–Tb3+–Eu3+ toward solar energy applications | |
Marimuthu et al. | Energy pay back period and carbon pay back period for solar photovoltaic power plant | |
KR101437070B1 (ko) | 광기전력 소자 | |
Wang et al. | Efficiency improvement by near infrared quantum dots for luminescent solar concentrators | |
Solanki et al. | c-Si Solar Cells: Physics and Technology | |
TW201602415A (zh) | 能量轉換系統 | |
Singh et al. | The critical review of solar panels | |
JP2004140010A (ja) | タンデム形太陽電池 |