BSC – 両面太陽電池: 両面または両面太陽電池の歴史

シリコン太陽電池は、1946 年にベル研究所で働いていたラッセル・オールによって初めて特許を取得し、1954 年に同じ研究機関のフラー、チャピン、ピアソンによって公開されました。ただし、これらの初期の提案は単面セルであり、裏面がアクティブになることは想定されていませんでした。

両面受光型太陽電池の理論的提案は、1960年10月4日付の日本特許に初めて記載されています。この特許は、早川電機工業株式会社（後のシャープ株式会社）に勤務していた森博氏によって出願されました。提案された太陽電池は、対向する2つの端に電極を配置したpnp両面受光型構造でした。

しかし、両面太陽電池とパネルの最初の実証は、ソ連の宇宙計画の一環として、軍用LEO宇宙ステーションであるサリュート3号（1974年）とサリュート5号（1976年）で実施されました。これらの両面太陽電池は、モスクワのVNIIT（全連邦エネルギー源科学研究所）のボルディナらによって開発・製造されました。同研究所は1975年にロシアの太陽電池メーカーKVANTとなりました。1974年、このチームは米国特許を出願し、最大サイズが1mm×1mm×1mmのミニ並列パイプ形状のセルを直列に接続して100セル/cm²の密度を実現することを提案しました。今日のBSCと同様に、彼らは受光面の1つの近くに同型pp+化合物を使用することを提案しました。サリュート3号では、総セル面積24平方センチメートルの小型実験用パネルが、地球のアルベドの影響により、当時使用されていた単面パネルと比較して、衛星軌道あたりのエネルギー生産量が最大34%増加しました。サリュート5号宇宙ステーションの飛行中は、両面パネル（0.48平方センチメートル、40ワット）の使用により、17～45%の増加が観測されました。

このロシアの研究と並行して、鉄のカーテンの向こう側では、マドリード工科大学電気通信工学部の半導体研究所が、アントニオ・ルケ教授の指揮の下、産業的に利用可能な両面太陽電池の開発に向けた包括的な研究プログラムを独自に進めていた。森の特許とVNIIT-KVANT宇宙船のプロトタイプは、表面に金属グリッドのない小さなセルに基づいており、そのため複雑に相互接続されており、当時黎明期にあったマイクロエレクトロニクスデバイスのスタイルに近いものであったが、ルケは1976年と1977年にスペインで2件、1977年に米国で1件の特許を出願しており、これらは現代の両面太陽電池の先駆けとなった。ルケの特許は、当時も現在も両面に金属グリッドを持つ単面電池と同様に、シリコンウェハーごとに1つのセルを備えたBSCを提案した最初の特許であった。これらの特許では、npp+構造とpnp構造の両方が検討された。

半導体研究室におけるBSCの開発は3つの柱から成り、アンドレス・クエバス（1980年）、ハビエル・エグレン（1981年）、ヘスス・サングラドール（1982年）の3人の博士論文が発表されました。最初の2つの論文はルケ博士が指導し、3つ目の論文は同じグループのガブリエル・サラ博士が指導しました。クエバス博士の博士論文は、ルケ博士が1976年に取得した最初の特許の構成に関するもので、トランジスタのようなnpn構造から「トランスセル」と呼ばれていました。エグレン博士の博士論文は、ルケ博士が1977年に取得した2番目の特許の実証に焦点を当てていました。この特許は、pp+同位体接合がセルの裏面に隣接したnpp+ドーピングプロファイルを特徴としており、太陽電池技術において一般的に「裏面電界」（BSF）と呼ばれる領域を形成します。この研究は、複数の論文発表と追加の特許につながりました。特に、ベースのpドーピング量を減らすことによる効果は顕著で、エミッタ接合（前面pn接合）の電圧低下が背面アイソタイプ接合の電圧上昇によって補われ、同時に少数キャリアの拡散長が長くなり、両面照射下での電流出力が向上しました。サングラドール博士の博士論文とマドリード工科大学における3番目の開発アプローチでは、いわゆる垂直型エッジ照射型多接合太陽電池が提案されました。この太陽電池では、p+nn+セルを直列に積層接続し、エッジから光を照射します。これは、電流生成に表面金属グリッドを必要としない高電圧セルです。

1979年、半導体研究所は太陽エネルギー研究所（IES-UPM）へと改組され、ルケが初代所長に就任した同研究所は、21世紀の最初の10年間を通して両面太陽電池の精力的な研究を継続しました。例えば1994年には、太陽エネルギー研究所のブラジル人博士課程学生であるアドリアーノ・モーレケとイゼテ・ザネスコがルケと共同で両面太陽電池を開発・製造し、表面で18.1%、裏面で19.1%の効率を達成しました。これは両面太陽電池の記録となる103%でした（当時の片面太陽電池の記録効率は22%弱でした）。

 

 

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