终极太阳能电池（3）：充分使用大范围波长的光线

　　为了能够与处理大范围波长的薄膜多结型相组合，业界已开始为用作电极的透明导电膜开发可处理大范围波长的材料。现有薄膜太阳能电池主要利用可视光（400～700nm），但是为了提高效率，同时也在利用红外区域的光线。这时，如果采用现有ITO（Indium Tin Oxide，氧化铟锡），红外区域光线的透射率就会降低，而要提高透射率的话，电阻又会升高。因此，需要开发在2000nm长波长一侧也具有高透射率、低电阻的新型透明导电膜。

　　作为在大范围波长下具有高透射率、低电阻的材料，被看好的是富士电机控股开始开发的石墨烯（Graphene）。其特点是，迁移率为1万5000cm2/Vs，比ITO的20～50cm2/Vs高三位数。这样，即使将表面电阻设定为与ITO同等的10Ω/sq，也可形成对大范围波长具有高透射率的薄膜。

　　富士电机控股利用涂布方法形成了石墨烯薄膜。涂布用材料由廉价石墨制造（图7）。将石墨氧化并制成层状氧化石墨后，在甲醇中剥离形成石墨烯。并且，通过涂布仅提取单层氧化石墨烯的液体并以1000℃进行还原，便可形成微细的单层石墨烯相互重叠的石墨烯薄膜。

图7：通过涂布形成石墨烯透明导电薄膜将廉价石墨进行氧化等处理后制造成石墨烯用于透明导电膜。此外还进行过利用CVD方法成膜的研究。照片由富士电机控股提供。插图由《日经电子》根据富士电机控股的资料制作而成。

　　通过光子晶体来控制光线

　　在太阳能电池的光线控制方面，光子晶体专家也给予了极大关注。京都大学教授野田进的研究小组通过多种方法对光子晶体在太阳能电池上的应用进行了研究。比如，野田介绍，使用三维光子晶体时，“通过制备太阳能电池载流子复合时产生的光线无法存在的晶体，便可防止载流子复合”。

　　以前形成三维结构的方法较为复杂，而野田开发出了可简单形成该结构的方法。该方法使用在厚度方向上开有斜孔的铝金属掩模，对硅进行蚀刻。由于可沿着倾斜的掩模形成离子轨道，因此也能够对硅进行斜孔的蚀刻（图8）。通过将掩模旋转180度后再进行蚀刻，便可形成呈井字形堆积条纹状结构的三维光子晶体。目前已成功地以0.8μm间距加工出了最深达到硅的菱形结构的2.2个周期的条纹结构。该研究小组表示，如果能够将间距缩短至2/3，便可防止太阳能电池中的载流子复合。（记者：河合基伸）

图8：简化了三维光子晶体的形成方法通过蚀刻简单形成三维光子晶体。使用金属掩模，反复进行两次通过蚀刻形成斜孔的处理。插图与照片均由京都大学提供。