富士フイルム、産総研と共同で高い耐熱性・絶縁性両立の「フレキシブルＣＩＧＳ太陽電池用基板」を開発

太陽電池の軽量化・高効率化を実現可能に！
高い耐熱性・絶縁性を両立した「フレキシブルＣＩＧＳ太陽電池用基板」を新開発
フレキシブルＣＩＧＳ太陽電池（＊１）サブモジュール（＊２）で１５％の光電変換効率を達成



　富士フイルム株式会社（社長：古森　重隆）は、ＣＩＧＳ太陽電池の製造工程で要求される５００℃以上の耐熱性と高い絶縁性を両立した独自のフレキシブル太陽電池用基板（以下、フレキシブル基板）を開発しました。独立行政法人産業技術総合研究所（以下、産総研）との共同研究により、新開発のフレキシブル基板を用いた小面積のＣＩＧＳ太陽電池において光電変換効率１８．１％（＊３）、複数の太陽電池を１枚の基板上で直列に接続（＊４）したＣＩＧＳ太陽電池サブモジュール（図１参照）において光電変換効率１５．０％（＊５）を達成しました。
　今回開発したフレキシブル基板を用いたＣＩＧＳ太陽電池は、ガラス基板を使った場合と比較して、面積当たりの重量を１／２以下に軽量化可能で、かつ結晶系シリコン太陽電池並の高効率を実現できることが特長です。軽量な特長を生かし、車や人工衛星への搭載、建材との貼り合せなど、新たな用途への応用が期待されます。

　近年、世界的に太陽光発電に対する関心が高まっており、現在主流である結晶系シリコン太陽電池以外にもさまざまな種類の太陽電池が市場に登場しています。この中でも、ＣＩＧＳ太陽電池は光電変換効率が高く、生産性に優れる等の特長を持っています。この特長を活かして、ガラス以外のフレキシブル基板に太陽電池を作製することによる軽量化や、ロール・ツー・ロール（＊６）製造による低コストでの量産化等を狙い、研究機関や企業などで活発に開発が行なわれています。しかしながらＣＩＧＳ太陽電池は、光電変換層の成膜に５００℃を超える高温を必要とするため、ポリイミドのような樹脂基板では高効率を実現できません。また、ステンレス（ＳＵＳ）のような導電性基板では、太陽電池を直列接続するために、基板の裁断や導線での配線など複雑な製造プロセスが必要となり、コスト低減に課題があるとされています（図２参照）。

　このような課題を解決するため、富士フイルムはアルミとＳＵＳの合板を基材に用いることで耐熱性を高め、アルミ表面に絶縁層を形成したフレキシブル基板を開発しました。当社オフセット印刷用刷版材料「ＣＴＰ版」の製造に用いるアルミ陽極酸化法（＊７）を応用することで、アルミ表面に絶縁性を持たせ、５００℃を超える製膜温度への耐熱性と高い絶縁性を両立しています。陽極酸化法により形成した絶縁層は、界面密着性（＊８）が良好で、ピンホール等の局所欠陥（＊９）が生じにくいという特長を有しており、大面積化に適しています。絶縁層を付与したことにより、同一基板上で直列接続構造を有する太陽電池が作製可能です。
　また、線膨張係数（＊１０）の大きなアルミ単体ではなく、ＳＵＳとアルミを貼り合わせた合板構造を採用することにより、線膨張係数を光電変換層に合わせることに成功しました。これによって成膜時の温度変化による光電変換層の歪み発生が抑制でき、高効率な太陽電池の作製を可能としています。

　今回、このフレキシブル基板を用い、産総研と協働で高効率ＣＩＧＳ太陽電池の開発を行ないました。ＣＩＧＳを用いた光電変換層は、成膜中にナトリウム（Ｎａ）を供給することでその特性が向上することが知られています。産総研が開発した０．１ｕｍ程度の極めて薄いケイ酸塩ガラス層（Ｎａ含有）を基板上に形成する技術を応用することで、高い変換効率を実現しました。この成果は２０１１年６月２２日、米国シアトル市で開催される学会「第３７回　ＩＥＥＥ　ＰＶＳＣ」で産総研との共同成果として発表します。

　富士フイルムは今後、今回開発したロール・ツー・ロールで製造可能なフレキシブル基板によって、軽量・高効率・低コストの特長を持つＣＩＧＳ太陽電池の実用化に貢献していきます。
　本研究は、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）が実施している「太陽光発電システム次世代高性能技術の開発」（委託期間　平成２５年２月まで）に採択されております。


※下記参考資料など詳細は、添付の関連資料を参照


　・図１：今回開発した絶縁層付きフレキシブル基板を用いたＣＩＧＳ太陽電池サブモジュールの模式図
　・図２：従来型ＳＵＳなどの導電性フレキシブル基板を用いたＣＩＧＳ太陽電池の模式図