CIGS 宇宙用太陽電池

出光興産で開発しているCIGS太陽電池は、人工衛星への電源供給や月面探査の動力源など、幅広い宇宙用途に適した特長を保有しています。
ガラス基板上に形成された集積型のセル構造により、お客様のご要望に応じた電気出力が可能です。

太陽電池材料系の一つで、Cu（銅）、In（インジウム）、Ga（ガリウム）、Se（セレン）から構成されます。化合物半導体材料の一つで、この材料系は、過酷な宇宙環境でも優れた性能を発揮します。この材料系は、太陽電池の光吸収層が基板上に非常に薄い膜で形成される薄膜のカテゴリに分類されます。薄膜太陽電池は、ディスプレイ製造などに使われている汎用的な真空成膜装置を使用して製造されます。したがって、軽量でコスト効率の良い太陽光発電モジュールの製造が可能です。

当社のCIGS太陽電池には、宇宙空間の放射線照射による変換効率の劣化がありません。放射線によるダメージを受けますが、熱アニールや光の照射により、自己修復するためです。この高い放射線耐性により、従来技術では放射線から保護するために使用されているカバーガラスを必要としません。
低軌道、カバーガラス無しの状態で900日間、出力特性が維持されていたことが実証されています¹⁾。また、静止トランスファ軌道^※1において、二接合GaAs太陽電池より優れた出力維持特性を600日間示しました²⁾。

＜図①　放射線照射量と変換効率：CIGS太陽電池と宇宙用Si太陽電池＞

図①で示すように、初期の変換効率は、CIGS太陽電池で17%、一般的な宇宙用Si太陽電池で19%です。太陽電池の変換効率の曲線は、約3×10¹³e/cm²の1M eVの電子線照射の時に交差し、これは約6ヶ月の低軌道での曝露に相当します。そのポイントを超えると、CIGS太陽電池は高い効率を維持し、低軌道5年相当以上の長期間のミッションにおいてSi太陽電池よりも優れた耐久性を示します。

当社は、大型基板上に汎用的な薄膜プロセスを用いてCIGS太陽電池を製造することで、従来の技術では難しかったセルの大型化（30cm角サイズ）を実現しました。これにより、必要な面積に並べるセルの数を低減することができ、インターコネクタ^※2の数を減らすこともできます。このインターコネクタは、放射線による電気機器の故障や温度変化による劣化を招く原因となる可能性があるため、少なければ少ないほど、宇宙での信頼性を向上させることができます。また、セルの充填率が向上することで、パネル全体の発電量も増加し、より効率的な発電を可能にします。

＜図② 太陽電池のレイアウトイメージ図＞

図①で示した17%の変換効率と、薄膜プロセスでの製造、カバーガラス不要の構成により、単位重量当たりの発電量は、図③で示すように宇宙で使用されている太陽電池の中で最大となります^※3。この軽量で高出力な特性は、衛星への電力供給から月面探査の動力源まで、幅広い宇宙用途に適しています。

＜図③ 単位重量当たりの発電量＞

当社は、100%子会社のソーラーフロンティアでの事業開始前から30年以上にわたり、CIGS太陽電池の研究開発を行ってきました。CIGS太陽電池の技術において、世界的なリーディングカンパニーの一つです。
地上用太陽光発電事業として、過去に23.4%(AM1.5)の変換効率と、累計6GW相当の太陽電池モジュールの出荷を達成しています。

当社は、1000m²以上の広さのR&D設備を保有しています。集積型セルまでの製造の他、宇宙用の試験・解析装置も備えています。