光の波長オーダーの凹凸というのはサブミクロンの世界で、そのサイズの加工を安定的に行うというのはそれほど簡単なことではありません。但し、結晶系Siの場合は結晶面によって速度が異なるという異方性エッチングを利用して、表面にサブミクロンクラスの凹凸を作ることができます。

エッチングされた表面構造は下図のように逆ピラミッドの形になることから題記の名前が付けられています。面白い名前ですが、これは反射防止のためにつくるテクスチャー技術のことで、全ての結晶系Si太陽電池には適用可能な技術です。

以前にも書きましたが、この表面を持った太陽電池は、反射が極めて少ないことから黒く見える特徴があります。しかしコストが見合わないのか、黒く見える太陽電池はあまり見かけません（結晶系Si太陽電での話です）。大抵の太陽電池は青色をしています。

太陽電池の表面での光反射は7-8%ぐらいだったかと思います。さすがに反射をゼロにするのは難しいでしょうから、反射防止の効果は4-5%の改善ぐらいではないかと思います（変換効率20%が21%になるかどうか程度）。テクスチャーを行うことによるコストアップがそれ以内に収まれば取り入れる価値はあるのでしょうが、意外にコストがかかるのか、他に理由があるのか、まだ取り入れてないようです。

化学プロセスの中には難しいものがあり、全く同じ条件で処理しているのに性状が一定しないということは珍しくありません。逆にそのようなプロセスをうまく使えるようになれば、簡単には他社にコピーできない技術を持てることになります。

これまで太陽電池は単純なpn接合で作っていたようなもので、装置さえ導入すれば簡単にターンキーで作れてしまうという面がありました。このため中国などは一気に追いついてきました。しかし、太陽電池はまだ技術改良を加え、もう一段効率が上がってきそうな気がします。できればそういう技術改良は、あまり他からマネのできないような技術であって、更に日本のメーカーがそれをおさえてほしいと思っています。

逆ピラミッドがそういう技術がどうかは少し疑問もありますが、他にもHITやPERCなど面白い技術が実用化されています。次回以降はそういう技術について探ってみたいと思います。

特に取り上げるほどの話でもないのですが、

前回、テクスチャーの説明で、「波長オーダーのサイズではひとつひとつの凸凹を感じるのは難しく、全体として何となく感じる」というようなイメージとして下図を示しました。

この説明、自分としてはなかなか気に入っているのですが・・・、

その後、これでは正確ではないと気が付きました。このサイズの世界では光の方も一つの光線として表現するのは難しく、何となくぼんやりとした光線とした方が良いように思います。

なかなかWORDの図で描くのは難しいですが、下図のように光もぼかした方が、より良く表現していると思います。

太陽電池表面も光もふんわりした形で、光が反射せず吸収されるというところでしょうか。

まぁ、ひまな元太陽光発電技術者の独善でした。

前々回に反射防止の話を始めた時、パネルの反射光で眩しくなる迷惑防止のためにパネルのガラス表面を凸凹にすることに触れましたが、今回の凸凹は別の話です。単純に表面を凸凹にすると眩しさは減りますが、反射はかえって増えてしまします。

テクスチャーとは太陽電池セルの表面に直接に光の波長ぐらいの細かさで凸凹を付けることを言います。光の波長ぐらいの細かさというのはサブミクロンからミクロンぐらいの長さになります。

光の波長ぐらいのミクロな領域になりますと、光の振舞いもふつうとは異なってきて、なかなか想像することができません。で、この場合は結果的に反射が激減することになります。

これを幾何光学で無理に説明しようという向きもありますが、光のオーダーでの話を幾何光学で説明するのは所詮無理な話で、むしろ次のように考えた方が良いと思います。

下の左図は表面に光オーダーの凸凹をつけたイメージです。

光の波は上の図のように凸凹よりも大きなサイズなので、光はひとつひとつの凹や凸には対応できず、凸凹を全体として何となく感じることになります。その結果、上の方はスカスカなので太陽電池材料を薄く感じ、奥に入るに従って太陽電池材料を濃く感じていきます。これをイメージしたのが上の右側の図です。だんだんと太陽電池が濃くなっていくイメージです。屈折率についても同じようなことがいえると思います。

前回、屈折率の変化が大きいと反射が多くなってしまうので、反射防止のために中間の屈折率の膜を入れるという方法をお話ししました。テクスチャーの場合はミクロの凸凹で実質的に屈折率を連続的に変化させて反射を抑えることができていると考えたらよいと思います。

これは凸凹が波長オーダーだからできたわけです。

この技術は反射防止にかなり有効で、テクスチャーを使った太陽電池は反射がほとんどなく、従って黒く見えます。別名、ブラックセルとも言われます。

テクスチャーで反射が抑えられることは昔から良く分かっているのですが、コストもかかるのであまり得策でなく、まだほとんどの太陽電池は青色をしているのが現状のようです。とはいえ、太陽電池の値段が大幅に下がり、更にコスト競争をしている中では、ブラックセルを用いた商品は当面出てきそうにありませんね。