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太陽電池の新展開
-大競争時代に突入した太陽電池の現状と将来-


　太陽電池を用いた発電システムは、地球環境問題やエネルギー問題を解決する手段として、世界中から大きな期待が寄せられています。世界の総発電量に占める太陽光発電の割合は、2020年に1.1%、2030年に8.3%、2040年には25%に拡大すると予測されています。また、世界的な環境投資意欲の高まりを背景として、太陽電池の生産は、グローバル市場における量的な競争優位を目指す「大競争時代」に突入しています。さらにこのような太陽電池メーカーの動きを受け、関連する製造装置・材料メーカーなどの生産拡大の動きも活発な状況にあります。
　本調査レポートは激動期を迎えた太陽電池について、以下の点に重点を置いてまとめたものです。
★ 太陽電池の原理、種類、市場について概説!
★ 結晶系、薄膜系太陽電池およびフレキシブル太陽電池の特徴、特性、製造法について整理!
★ 技術開発課題である高効率化の現状と将来展望について詳述!
★ 性能を支配する薄膜形成技術について詳述!
★ 量子ドット太陽電池、有機系太陽電池の研究開発の概要を整理!
★ 透明導電膜、太陽電池モジュール構成材料についても言及!
★ 原料シリコン問題について解説!
★ 太陽電池応用製品について紹介し、展開が進む太陽光発電システム、大規模発電システムについても言及!

　　 □体裁　A4判　476ページ
　　 □税込価格　71,400円　(本体68,000円、消費税3,400円)
　　 □送料　弊社負担
　　 □発行　2010年2月

章　目　次


序論

I.基礎編
　第1章　太陽電池とは
　第2章　結晶系太陽電池
　第3章　薄膜系太陽電池
　第4章　フレキシブル太陽電池
　第5章　高効率化の現状と将来展望
　第6章　次世代太陽電池の研究開発
　第7章　薄膜形成およびパターン形成技術

II.材料編
　第1章　原料シリコン
　第2章　導電性材料
　第3章　モジュール構成材料

III.応用編
　第1章　太陽光発電システム
　第2章　太陽電池の応用分野と開発製品
　第3章　大規模太陽光発電

付属資料

詳 　細　目　次

  頁

序論		 1
1.はじめに 1
2.太陽光発電関連産業の特徴と現状 2
3.太陽光発電の経済性 6
4.普及政策の概要と実施状況 13
5.技術開発の経緯と太陽光発電の現状 16
6.太陽光発電ロードマップ(PV2030、PV2030+) 17
　　6.1　PV2030 18
　　6.2　PV2030の見直し(PV2030＋) 21

I.基礎編		 29

第1章　太陽電池とは		 29
　1.1　はじめに 29
　1.2　太陽電池の原理 30
　1.3　太陽電池の種類と特徴 33
　　1.3.1　シリコン系太陽電池 36
　　1.3.2　化合物半導体太陽電池 37
　　1.3.3　結晶系および薄膜系太陽電池 38
　　1.3.4　次世代太陽電池 39
　　　(1)　量子ドット太陽電池 39
　　　(2)　有機系太陽電池 40
　　1.3.5　構造による分類 40
　1.4　太陽電池の性能評価と変換効率 42
　1.5　太陽電池モジュール・アレイ 44
　1.6　市場動向 46
　　1.6.1　国内の市場 48
　　1.6.2　世界の市場 54
　　　(1)　地域別太陽電池の生産量 61
　　　(2)　タイプ別生産比率 63
　　　(3)　太陽電池メーカーの動向 65

第2章　結晶系太陽電池		 71
　2.1　結晶シリコン太陽電池 71
　　2.1.1　単結晶シリコン太陽電池 72
　　　(1)　構造 72
　　　(2)　製造法 72
　　　(3)　裏面電極構造 75
　　　(4)　セルの薄膜化 76
　　2.1.2　多結晶シリコン太陽電池 77
　　　(1)　製造法 77
　　　(2)　セルの薄膜化 81
　　2.1.3　ヘテロ接合(HIT)太陽電池 82
　　　(1)　特徴 82
　　　(2)　構造 83
　　　(3)　製造法 84
　　　(4)　高効率化 85
　　　(5)　超薄型HIT太陽電池 85
　　2.1.4　球状シリコン太陽電池 86
　　　(1)　特徴 86
　　　(2)　製造法 88
　2.2　結晶系化合物半導体太陽電池 90
　　2.2.1　III-Ⅴ族(GaAs)太陽電池 90
　　　(1)　製造法 92
　　　(2)　開発の方向性 95
　　　(3)　集光型太陽電池 96

第3章　薄膜系太陽電池		 98
　3.1　薄膜シリコン太陽電池 98
　　3.1.1　アモルファスSi太陽電池 99
　　　(1)　特徴 100
　　　(2)　特性 100
　　　(3)　構造 101
　　　(4)　製造法 104
　　　(5)　光劣化 106
　　　(6)　高効率化 106
　　3.1.2　微結晶Si太陽電池 110
　　　(1)　構造 110
　　　(2)　光閉じ込め 111
　　　(3)　微結晶シリコンの製膜 113
　　3.1.3　a-Si/μc-Siタンデム型太陽電池 114
　　　(1)　性能 115
　　　(2)　光吸収層の製膜 116
　　　(3)　光閉じ込め 116
　　　(4)　建材一体型モジュール 118
　　　(5)　透明中間層の挿入 118
　　　(6)　a-Si/μc-Si/μc-Si3層タンデム構造 119
　　　(7)　新しいトップセル薄膜材料 121
　　3.1.4　超薄膜単結晶Si太陽電池 121
　3.2　化合物薄膜太陽電池 125
　　3.2.1　CIS系太陽電池 125
　　　(1)　特性 127
　　　(2)　構造 129
　　　(3)　製膜法 131
　　　(4)　モジュールの製造法 133
　　　(5)　参入企業の動向 136
　　　(6)　両面受光型CIGS太陽電池 137
　　3.2.2　CZTS系太陽電池 140
　　3.2.3　II-Ⅵ族(CdTe)太陽電池 140

第4章　フレキシブル太陽電池		 146
　4.1　シリコン太陽電池 146
　　4.1.1　フレキシブルa-Si太陽電池　富士電機システムズ 146
　　4.1.2　海外のシリコン系フレキシブル太陽電池の開発動向 150
　　4.1.3　スラット構造薄膜太陽電池モジュールの製造装置　東レエンジニアリング 151
　4.2　III-Ⅴ族化合物半導体フレキシブル太陽電池　シャープ 152
　4.3　CIS系太陽電池 153
　　4.3.1　変換効率17.7%のフレキシブルCIGS太陽電池産業技術総合研究所 153
　　4.3.2　海外のフレキシブルCIS系太陽電池 156
　4.4　フィルム基材へのテクスチャー構造の形成 159
　　4.4.1　選択的反応性スパッタリング法　富士電機システムズ 159
　　4.4.2　フレキシブル太陽電池基板コンソーシアムの成果 160
　4.5　フレキシブル太陽電池の用途展開 162

第5章　高効率化の現状と将来展望		 165
　5.1　高効率化の経緯 165
　5.2　結晶系太陽電池 170
　　5.2.1　単結晶Si太陽電池 170
　　　(1)　はじめに 170
　　　(2)　n型基板による効率23.4%の太陽電池　独Fraunhofer ISE 171
　　　(3)　変換効率19.3%の結晶シリコン太陽電池モジュール　米SunPower社 171
　　　(4)　両面受光型太陽電池 172
　　5.2.2　多結晶Si太陽電池 173
　　　(1)　はじめに 173
　　　(2)　基板 175
　　　(3)　テクスチャー構造の形成 176
　　　(4)　選択エミッタ形成 181
　　　(5)　バックコンタクトを導入した多結晶シリコン太陽電池　京セラ 181
　　　(6)　モジュール変換効率14.4%の多結晶Si太陽電池「ND-191AV」　シャープ 182
　　5.2.3　HIT型太陽電池 182
　　5.2.4　III-Ⅴ族(GaAs)太陽電池 184
　　　(1)　研究開発動向 184
　　　(2)　高効率化の新たなアプローチ 186
　　　(3)　非集光型で変換効率35.8%の化合物半導体太陽電池　シャープ 187
　　　(4)　変換効率41.4%の3接合太陽電池　独Fraunhofer ISE 188
　5.3　薄膜系太陽電池 189
　　5.3.1　薄膜シリコン太陽電池 189
　　　(1)　a-Si太陽電池と結晶Si太陽電池の比較 190
　　　(2)　多接合化による変換効率の向上 191
　　　(3)　光閉じ込め 197
　　　(4)　μc-Siの結晶性の制御 198
　　　(5)　μc-Siシングルセルの開放電圧向上技術　シャープ 200
　　　(6)　透明中間層を設けたタンデム型太陽電池　カネカ 201
　　　(7)　3接合化 202
　　5.3.2　CIS系太陽電池 204
　　　(1)　はじめに 204
　　　(2)　ワイドギャップCIGS太陽電池　産業技術総合研究所、鹿児島大学、筑波大学 206
　　　(3)　タンデム型CIGS太陽電池 210
　5.4　集光型太陽電池 215
　　5.4.1　化合物半導体太陽電池 215
　　5.4.2　有機色素層を用いた集光型太陽電池　MIT 220
　5.5　フォトニック結晶の太陽電池への応用 221

第6章　次世代太陽電池の研究開発		 225
　6.1　新原理による太陽電池 225
　　6.1.1　ホットキャリアセル 225
　　6.1.2　複数エキシトン生成(MGE) 227
　6.2　量子ドット太陽電池 227
　　6.2.1　量子ドットの作製 228
　　6.2.2　量子ドット太陽電池の構造 231
　　6.2.3　マルチバンド太陽電池 232
　　6.2.4　シリコン量子ドットの作製 233
　　6.2.5　国内の研究開発事例 237
　　　(1)　変換効率16.1%の量子ドット太陽電池試作　東京大学先端科学技術センター、シャープ 237
　　　(2)　量子ドットを50層積層　産業技術総合研究所 238
　6.3　有機系太陽電池 239
　　6.3.1　色素増感太陽電池 240
　　6.3.2　有機薄膜太陽電池 244
　6.4　海外のプロジェクト 249
　　6.4.1　米国 249
　 6.4.2　欧州連合 251

第7章　薄膜形成およびパターン形成技術		 254
　7.1　薄膜形成技術 254
　　7.1.1　スパッタ法 254
　　7.1.2　CVD法 256
　7.2　光吸収層の形成 260
　　7.2.1　シリコン薄膜の製膜 260
　　　(1)　薄膜形成の基礎課程 260
　　　(2)　a-Si薄膜の形成 262
　　　　A.プラズマCVD法 262
　　　　B.Cat-CVD法 266
　　　(3)　μc-Si薄膜の形成 268
　　　　A.高圧枯渇法 271
　　　　B.μc-Si薄膜(ボトムセル)の改良　三洋電機 273
　　　　C.CVD装置 277
　　7.2.2　CIS系太陽電池の製膜 285
　　　(1)　CIS膜の製膜 285
　　　　A.真空プロセス 286
　　　　B.非真空プロセス 288
　　　(2)　CdSフリーバッファ層 290
　　　(3)　n型TCO窓層の製膜 291
　　7.2.3　CdTeの製膜-近接昇華法- 293
　7.3　印刷法による太陽電池の作製 293
　　7.3.1　Siインクでの効率18%の結晶Si型太陽電池　米Innovalight社 293
　　7.3.2　スクリーン印刷法 294
　7.4　パターン形成技術(レーザスクライビング) 298
　　7.4.1　概要 298
　　7.4.2　非透過性基板へのa-Si/μc-Siタンデム型太陽電池の集積化　三洋電機 300

II.材料編		 305

第1章　原料シリコン		 305
　1.1　太陽電池用シリコン 305
　　1.1.1　不純物について 306
　　1.1.2　気相法によるシリコンの製造 308
　　1.1.3　冶金学的精製法 310
　　1.1.4　シリコン製造法の改良 311
　　1.1.5　廃シリコンウェハのリサイクル 312
　1.2　シリコン基板の製造法 314
　　1.2.1　キャスト法 314
　　1.2.2　デンドライト利用キャスト法による多結晶Siの成長　東北大学　金属材料研究所 316
　1.3　基板からのウェハ製造 318
　　1.3.1　ワイヤソー装置 319
　　1.3.2　リボン法 320
　　1.3.3　スマートカット技術 322
　　1.3.4　劈開現象を利用した単結晶Siの切り出し 322
　1.4　ポリシリコンの供給問題 324
　　1.4.1　はじめに 324
　　1.4.2　供給不足に対する対応策 325
　　1.4.3　緩和した原料不足問題 326
　　1.4.4　シリコン使用量を削減する取り組み 328

第2章　導電性材料		 331
　2.1　はじめに 331
　2.2　透明導電材料の種類と特徴 331
　　2.2.1　フッ素ドープ酸化スズ(FTO) 332
　　2.2.2　酸化亜鉛(ZnO)系材料 335
　　2.2.3　ITO 337
　　　(1)　ITOナノ粒子ペ-スト「ナノディスパ-ITO」　奥野製薬工業、大阪市立工業研究所、巴製作所 338
　　2.2.4　新しい透明導電膜材料 339
　　　(1)　グラフェンを用いた透明導電膜　富士電機ホールディングス 339
　　　(2)　CNT分散体 340
　2.3　薄膜シリコン太陽電池 341
　2.4　CIS系太陽電池 343
　2.5　企業および研究機関の開発事例 345
　　2.5.1　高ヘイズSnO2:F薄膜「type-HU」　旭硝子 345
　　2.5.2　低赤外吸収In2O3系透明導電膜　産業技術総合研究所 349
　　2.5.3　AZO/ITO積層透明導電膜　大阪産業大学 354
　2.6　導電ペースト 354

第3章　モジュール構成材料		 360
　3.1　はじめに 360
　3.2　フレーム材 361
　3.3　基板 361
　3.4　封止樹脂 363
　　3.4.1　EVA樹脂 364
　　　(1)　概要 364
　　　(2)　EVAシートの問題点 365
　　　(3)　モジュール用EVA樹脂の評価 365
　　3.4.2　PVB樹脂 368
　　3.4.3　イソブチレン系樹脂 368
　　3.4.4　アイオノーマ樹脂 369
　　3.4.5　封止樹脂の開発事例 370
　　　(1)　「ソーラーエバ」三井化学ファブロ 370
　　　(2)　「エバフレックス」三井・デュポンポリケミカル 371
　　　(3)　「ハイミラン」三井・デュポンポリケミカル 371
　　　(4)　オレフィン樹脂による新規充填材シート　大日本印刷 371
　　　(5)　「セレール」クレハ 373
　　　(6)　改質封止材による発電効率の向上　サンビック 373
　3.5　保護フィルム(バックシート) 375
　　3.5.1　概要 375
　　3.5.2　バックシートの開発事例 377
　　　(1)　新規バックカバーフィルム　大日本印刷 377
　　　(2)　脱アルミタイプの太陽電池用バックシート　大日本印刷 378
　　　(3)　耐久時間を60%向上したフッ素樹脂使用のバックシート　大日本印刷 379
　　　(4)　ガスバリアフィルム「テックバリアLX」「X-BARRIER」　三菱樹脂 379
　　　(5)　白色フッ素フィルム「トヨフロン」　東レ 380
　3.6　端子ボックス 380

III.応用編		 382

第1章　太陽光発電システム		 382
　1.1　太陽光発電システムの種類と特徴 384
　　　(1)　系統連系形システム 385
　　　(2)　独立形システム 386
　　　(3)　複合形システム 386
　1.2　太陽光発電システムの構成 386
　　1.2.1　パワーコンディショナ 386
　　1.2.2　接続箱 392
　　1.2.3　蓄電池 393
　　1.2.4　雷対策 394
　1.3　太陽光発電の普及シナリオ 399

第2章　太陽電池の応用分野と開発製品		 402
　2.1　はじめに 402
　2.2　一般住宅用 404
　2.3　ビル設置型 406
　2.4　公共・産業用 408
　　　(1)　ベルリン中央駅太陽光発電設備 409
　　　(2)　薄膜Siハイブリッド型太陽電池の特性評価と今後の適用　東海旅客鉄道 411
　　　(3)　甲子園球場の銀傘に太陽電池パネル設置 416
　　　(4)　その他の例 416
　2.5　エレクトロニクス機器への搭載 418
　　2.5.1　球状シリコン太陽電池を用いた無電源音声端末「アイミュレット」　京セミ 419
　2.6　輸送用 420
　　　(1)　新型プリウスに太陽電池を搭載　京セラ 420
　　　(2)　ソーラーカー 420
　　　　A.世界最大級のソーラーカー・レースで優勝　東海大学、シャープ 420
　　　　B.ハイブリッド・ソーラーカー「アポロンディーヌ号」　玉川大学、シャープ 421
　2.7　宇宙用 422
　2.8　その他の分野 422

第3章　大規模太陽光発電		 426
　3.1　メガーソーラー発電 426
　　3.1.1　海外の動き 426
　　3.1.2　国内の動き 428
　　　(1)　NEDOプロジェクト 428
　　　(2)　電気事業連合会 430
　　　(3)　その他の動き 431
　3.2　太陽光発電の面展開 433
　3.3　GENESIS計画 435
　3.4　宇宙太陽光発電(SSPS) 439
　3.5　マイクログリッドシステム 440
　3.6　スマートグリッド 445
　　3.6.1　電力インフラの進化 447
　　3.6.2　日本の対応 449
　　　(1)　「スマートハウス」プロジェクト 450
　　　(2)　スマート・グリッド導入に係わる国内での投資額試算 451
　　　(3)　日本版スマートグリッド 451
　　　(4)　その他の動き 452
　3.7　電力貯蔵技術(蓄電技術) 452
　　3.7.1　NAS電池 453
　　3.7.2　水素電力貯蔵システム 454

付属資料		 457
1.各国の政策および普及への取り組み 457
　1.1　国内の取り組み 458
　　1.1.1　政府の取り組み 458
　　1.1.2　地方自治体の取り組み 461
　1.2　海外各国の取り組み 461
　　1.2.1　米国 462
　　1.2.2　欧州連合 464
　　1.2.3　アジア・オセアニア 466
2.NEDOにおける技術開発の取り組み 470
　2.1　はじめに 470
　2.2　中・長期の課題解決を目指したプロジェクト 474
　2.3　超長期の課題解決を目指したプロジェクト 474
　2.4　短期の課題解決を目指したプロジェクト 475
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