太陽電池の反射防止膜の技術なんて既に確立したもので、新技術の発見があるとは思いませんでしたが、記事を見ると従来とは全く違う方法でコストを大幅に下げることができるようです。記事では太陽電池のコストを大幅に下げる（2割）ことができるように書いてありますが、実際には反射防止するところのコストを下げることができるだけで、全体コストに対するコストダウン効果は限られたものになるだろうと思います。

また反射防止は既にどの太陽電池にも適用されていますので、この技術を用いたからといっても、太陽電池の効率が向上することはほとんど期待できません。

そうするとあまり面白くない技術のようにも見えますが、新しく提案されたナノクリスタル技術と言うものが面白く感じました。下図のように、表面を微細な構造に変質させ、光を吸収してしまおうというものです。

表面に微細構造をつけると反射防止できることは従来から知られた技術ですが、ナノクリスタルという技術で簡単に作れるというところに魅力を感じますね。いろいろな応用が利きそうな気がしますが、シリコン以外には適用できないのかな？

もっとも、ナノクリスタルと言う言葉は既にあり、そのナノクリスタルと紛らわしい点がヤッカイですね。これまでに知られているナノクリスタルは極めて小さな粒径の結晶が緻密に集積した材料のことで、この記事の構造とはかなり違っています。太陽電池でも既にナノクリスタルシリコンとアモルファスシリコンを多層化した構造の電池が作られたりしています。今回発見されたナノクリスタルは全く違いますね。新技術発見は良いのですが、名前、何とかならないかな・・・、まぁ、大した話ではありませんが。

さて、またしばらく夏バテに戻ろうかな・・・。

報告そのものは、凹凸フィルムによる光閉じ込めに焦点が当たっていましたが、同時に防眩効果もあるという説明もあり、私はそちらの方に興味を持ちました。図の写真例を見ると、確かに蛍光灯の反射が消えているようです。太陽光の強い光りに対しても、これぐらいの効果があるのかどうかは良く判りませんが・・・。

フィルムと言うのはふつうポリマーで作られていて、対候性が弱くなる傾向があります。そのため、例えばフィルム太陽電池なども耐久性があるのか疑問に思っていました。この報告のように凹凸フィルムに防眩効果があるとしても、対候性の心配も残ります。

しかし、NEDOの補助金でこんなに大々的にやっているということであれば、対候性の心配は無いのかなとも思ってしまいます。

フィルムの中にも対候性の強いものもありますが、そういうものは高価です。ここで発表されたフィルムはまだ商品にはなっていないだろうとは思いますが、太陽電池で使っていけるぐらいの対候性を持って、コストがフィージブルなのか興味あるところですね。

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。

反射防止膜は下図のように太陽電池の表面にあり、光が入ってくる側の材料と太陽電池の中間の屈折率を持つ薄い膜です。単に中間の屈折率を持たせて反射を抑えるだけでなく、光の干渉作用を利用して更に反射を抑えるようになっています。

ここまでが昨日の話ですが、ここで、光の干渉作用について少し説明します。

太陽電池に差し込む光は、上の図で示されるように反射防止膜と太陽電池表面で反射することになりますが、太陽電池表面で反射する光は、反射防止膜表面で反射する光より少しだけ長い距離を進むことになります。

反射防止膜はとても薄いので、この二つの反射光の進む距離差は、光の波長ぐらいのレベルになります。

光とは波ですから、振幅に山と谷があり、二つの反射光の距離差がちょうど光の波長の時には、山と山、谷と谷が重なって二つの反射波は強めあいます。逆にちょうど光の波長の半分の時に二つの反射波は弱めあいます。

反射波が弱めあう場合、光が消えるのではなく、反射せずに太陽電池の中に入っていくことになるので、反射防止として働くわけです。

二つの反射波の距離差は、反射防止膜の膜厚によって決まります。従って、膜厚をうまく選べば反射防止として有効になります。

太陽電池ではこの膜厚をどれぐらいにすればよいでしょう？

太陽光が単一波長なら話は簡単で、二つの反射波の距離差がその波長の半分になる様に膜厚を選べばよいのですが、太陽光には様々な波長の光が含まれています。そのうち、発電に有効な光だけでも、波長が0.3um から 1.1um ぐらいに広がっています。

従って、ある波長の光の反射防止になっても、他の波長の光には反射防止にはなりません。

このため、どの波長の光の反射防止にした時が一番太陽電池に有効かいろいろ調べた結果、青いところの光は反射しても、他の光を吸収させた方がよいことが分かりました。これが太陽電池は青い色をしている理由です。

逆に、太陽電池の反射防止膜の膜厚を少し変えると、太陽電池の見た目の色は変わります。赤い太陽電池や、緑、黄色など様々な色の太陽電池を作ることができます。

そのような太陽電池は反射光が少し変わり、効率も少し悪くなりますが、それほど大きく低下するわけではありませんので、太陽電池として使えます。

これを利用して様々な色の太陽電池を出しているところもあったような気がしますが、良く覚えていません。今度のEXPOでもし見つけたら写真でも撮って帰ろうかと思っています。

最近、太陽電池の反射光が迷惑になるという話題を良く耳にします。パネル表面に当たった光の内、7 – 8 % は反射されるので、この光をまともに受けると結構迷惑なものです。太陽電池パネルのガラス表面は、少し凸凹になっていて、反射光を散乱させるようにはなっているのですが、これだけでは不十分なようです。迷惑をかけてしまうところでは、反射光を遮るように木を植えたりして工夫しているようです。

反射光が迷惑だという話はここまでにして・・・、

ここで取り上げたい反射防止は太陽電池の効率を上げるために少しでも多く光を太陽電池セルに吸収させるための反射防止の技術の話です。

さて、

太陽電池の効率を上げるために、セル表面での光の反射を抑える方法には2通りあります。一つは表面に反射防止膜を付ける方法で、もう一つは表面に凹凸（テクスチャーと言います）を付ける方法です。

まず反射防止膜を付ける方法について・・・、

これはメガネの反射防止に使われている技術と同じものです。

光が物質に当たるとその表面で反射が起こりますが、この時の物質と空気との屈折率の差が大きいほど反射が多くなります。空気の屈折率は1、シリコンの屈折率は4ほどあるので、屈折率の差が大きく、そのままでは多くの反射が起こってしまいます。

そのために、空気とシリコンの中間の屈折率の膜を表面につけ、屈折率の急激な変化を抑え反射を防止します。この膜を反射防止膜と言います。

反射防止膜はできるだけ薄く付けます。その方が光の減衰が少なくなりますから。

更に光がこの膜を通るときに干渉を利用して反射を少なくする技術が使われています。

この干渉という作用はなかなか面白く、これによりまるで太陽電池に色がついているように見えます。ほとんどの太陽電池は青色をしていますが、それは太陽電池自身の色というより、反射防止膜による干渉の色が見えているだけなのです。（太陽電池に使われているシリコンの色は灰色です）

この干渉作用を別の目的で利用した太陽電池もあるようです。次回、もう少し触れたいと思います。