太陽光発電、ユーティリティ、および環境

共通の課題

太陽エネルギーから電気エネルギーへ効率よく変換する安価な太陽電池と光起電材料の開発は、化石燃料を燃やすことで得ている電気を補うために私たちが直面している最重要課題の一つです。効率1520%でモジュール化する技術が確立されていますが、その製造にはいまだ高い費用がかかります。この問題を解決するために、研究者たちは、既存の結晶シリコンや薄膜(セレン化銅インジウムガリウム(CIGS)、テルル化カドミウム、アモルファスシリコンなど)を用いた最適な太陽電池構造を追求しながら、無機量子ドットと有機薄膜に基づいた新たな設計を模索しています。太陽エネルギーから電気エネルギーへの変換技術を発展させるには、光生成キャリアの高温電子および正孔緩和、冷却、電荷輸送、界面電荷移動の動力学を理解し、制御する必要があります。これらの最先端の太陽光発電を明らかにするには、以下の情報が役立ちます。

  • 材料の組成と均一性の測定
  • 光電池装置全体の粒界損失と活量の測定
  • 欠陥分析
    • 得られる電流を低下させる原因の理解
    • コンタミネーションレベルの定量化
  • 化学相の分析

革新的な手法

製品のエネルギー生産量に影響を与える材料の特性を的確に評価し、理解するには、まず最初に、物質界面を解像できるように各試料が高品質であることと、必要に応じて環境刺激下で処理できるように各試料が適切に管理されていることが重要です。試料を作製したら、材料の微細構造、欠陥、光学特性の関係をより深く理解するために、いくつかの手法を利用できます。

電子エネルギー損失分光法(EELS)
原子分解能の化学および組成分析。
ナノメートルレベルの分解能で像内の元素と化学物質を強調しマッピングを行い定量化するイメージング手法の1つ。
電子エネルギー損失分光法(EELS)データの空間分布を生成する体系的な方法。
材料の成長、素子の超微細構造と不具合を理解するのに役立つ、権威ある賞を受賞した高分解能イメージングツール。
成長過程、化学反応と酸化、照射効果、機械特性、磁気特性、強誘電特性をリアルタイムで観察。
独自のSEM、TEM、またはSTEMアプリケーション用に試料を切削、エッチング、研磨、および凍結するための高性能ツール。
試料の元素または化学特性を解明するのに役立つ。
材料の結晶方位や組織を調べるのに役立つ。

関連するアプリケーションについては、「電池およびエネルギー貯蔵技術」または「地球科学」をご覧ください。

結果の活用

欠陥分析

EBICは、試料を流れる電流を測定します。未処理のCdTe太陽電池で粒界が暗くなると、電気的特性に障害が生じ、素子の効率が低下する可能性を示しています。デポジション後の処理の効果を判断するためEBICを使用すると、粒界が明るく表示された箇所は素子効率が改善されたことを示しています。フラットな断面はIlionアルゴンミリングシステムで作製されており、EBICデータはSmartEBIC™システムを使用して取得されています。

電流の減少

グレードの低い低純度シリコン(多くの欠陥を含むなど)を用いた太陽電池技術の例では、試料に照射した光によって電子正孔対が生成されます。電子と正孔は上部と下部の接点に分離され、生成される電力は生成される電流によって異なります(再結合なしで得られる電子と正孔の数など)。多結晶シリコン9c-SIのEBIC画像(右側)にこれを示します。これは、得られる電流が減少する原因を理解する上で重要です。

 

化学相の分析

画像内の粒子をEELS分析に関連付けると、その結果から、製油装置の触媒系における金属の化学的相互作用を理解することができます。