Laser Focus World JAPAN　レーザーフォーカスワールドジャパン

February 18, 2010, Pasadena--カリフォルニア工科大学(Caltech)の研究チームは､ポリマ基板上の長くて薄いシリコンワイヤアレイを使用して､太陽光の吸収を高め､フォトンからエレクトロンへの変換効率が優れた､新しいタイプの柔軟な太陽電池を作製した｡この太陽電池が必要とする半導体材料は､従来タイプの太陽電池と比べると極めて少ない｡
　同大学の応用物理/材料科学Howard Hughes教授､Harry Atwater氏によると､これらの太陽電池は､吸収材料が光を捉える従来の限界を初めて超えた｡材料の光取り込み限界とは､材料がどの程度の太陽光を吸収できるかということを指している｡シリコンワイヤアレイは､1波長で入射光の96%までを吸収し､集光可能な太陽光全体の85%を吸収する｡Atwater氏は､｢われわれは光マイクロストラクチャを超えた｣と言う｡
　同教授は､｢光をよく吸収する材料は多いが､電気を生成できない材料も多い｡例えば､黒い塗料だ｡太陽電池で最も重要なことは､電荷担体を作ることだ｣と説明している｡
　Atwater教授の研究チームが開発したシリコンワイヤアレイは､吸収したフォトンを90~100%の間でエレクトロンに変換できる｡同ワイヤは､完璧に近い内部量子効率を持っている｡｢高吸収+優れた変換効率は､高品質の太陽電池になる｡これは重要な前進だ｣｡
　この太陽電池の成功の鍵は､シリコンワイヤにある｡｢それぞれが独立して高効率で高品質の太陽電池となっている｡これをアレイにすると､相互作用によって光吸収能力が高まるので､一層効果的である｣と同氏は説明している｡
　光は各ワイヤに入ってくる｡一部は吸収され､一部は散乱される｡ワイヤ間での散乱相互作用全体がアレイを高吸収にする｡アレイのワイヤがまばらであってもこの効果は起こる｡ワイヤは､セル表面の2〜10%をカバーすればよい｡各ワイヤは､長さが30〜100μm､直径はわずか1μm｡アレイ全体の厚さがワイヤの長さだ｡しかし､面積､体積では､わずか2%がシリコンで､98%はポリマ｡言い方を換えると､このアレイは通常の結晶太陽電池の厚さではあるが､体積は2μm厚のフィルムに相当する｡シリコン材料は高価な材料であるので､この半導体材料がわずか1/15しか必要でない太陽電池の製造コストは大幅に下がることになる｡
　また､この太陽電池の複合材料の特性は柔軟であり､同教授はこの点の重要性についても触れている｡｢柔軟な薄膜は､ロール･ツー･ロールプロセスで製造でき､本質的にローコストな工程である｣｡
　さらに今後の展開について､｢われわれが作製した構造は､センチメートル平方サイズだ｡これを通常の太陽電池レベルの数百センチメートルにスケールする予定だ｣とAtwater氏はコメントしている｡
(詳細は､Nature Materials Feb. 14 online edition)