このエンジニアのソーラーパネルは効率記録を破っている

信じられないチェンは、技術だけでなく経済性にも驚嘆した。電力会社が顧客に料金を支払うのだろうか？

それは魔法のように聞こえました。単なる太陽光から、有用で価値ある電気が抽出されるのです。それ以来、その驚異が彼の夢の原動力となっています。

2013 年にチェン氏は太陽光発電科学技術の博士号を取得し、現在は世界最大の太陽光発電メーカーの 1 つである常州を拠点とする中国のトリナソーラー社の技術担当副社長を務めています。チェン氏は同社の研究開発グループを率いており、その努力により太陽光発電の効率と出力で 20 を超える世界記録が樹立されました。

チェン氏は、太陽光発電の科学技術への貢献により、IEEE会員として2023年に IEEE スチュアート R. ウェナム ヤングプロフェッショナル賞 から IEEE電子デバイス協会。

ウェンハム賞の受賞に「とても驚き、とても感謝しています」とチェン氏は言う。「これは非常に高いレベルの表彰であり、世界中に受賞に値する専門家が大勢います。」

トリナ・ソーラーのより効率的なハードウェアへの取り組み

現在市販されているソーラーパネルの効率は通常約20パーセントで、取り込んだ太陽光の5分の1を電気に変換できる。チェン氏のグループはパネルの効率をさらに高めようとしている。

同グループは、汎用太陽光パネルの業界標準であるパッシベーションエミッタおよびリアセル（PERC）を含む太陽電池設計の最適化に注力しています。

1983年に発明されたPERCは、現在では 市場に出回っている太陽光パネルの約90％太陽電池には前面と背面にコーティングが施されており、太陽光をより効率的に捕らえ、表面と太陽光がセルを通過する際にエネルギーが失われないようにしています。パッシベーション層と呼ばれるコーティングは、窒化シリコン、二酸化シリコン、酸化アルミニウムなどの材料で作られています。これらの層は、負に帯電した自由電子と正に帯電した電子ホールを分離し、太陽電池の表面で結合してエネルギーを無駄にすることを防ぎます。

チェン氏と彼のチームはPERCパネルの性能を向上させるいくつかの方法を開発しました。 2022年に24.5％の効率記録を達成技術の 1 つは、太陽電池パネルがより多くの光を捕らえるのに役立つ多層反射防止コーティングです。また、電流を集めて輸送し、より多くの太陽光を捕らえるのに役立つ、太陽電池の表面に細い線を描く極細の金属化フィンガーも作成しました。さらに、太陽電池全体に走るバスバーと呼ばれる導電性金属のストリップを敷設する高度な方法も開発しました。

専門家は、PERC 技術の最大効率はまもなく約 25 パーセントに達すると予測しています。

IEEE 会員の Yifeng Chen 氏は、生産効率が 23 パーセント以上、出力が最大 720 ワットの i-TOPCon ソーラー モジュールを展示しました。トリナ・ソーラー

「そこで疑問なのは、太陽電池の効率をさらに高めるにはどうすればよいかということです」とチェン氏は言う。

過去数年間、彼と彼のグループはトンネル酸化物パッシベーションコンタクト (TOPCon) 技術に取り組んできました。TOPCon セルは、太陽電池の表面に塗布される「トンネル酸化物」絶縁材料 (通常は二酸化シリコン) の薄い層を使用します。PERC セルのパッシベーション層と同様に、トンネル酸化物は自由電子と電子正孔が結合してエネルギーを無駄にするのを防ぎます。

2022年 トリナは記録的な25.5%の効率を誇るTOPCon型パネルを開発した。、そして2ヶ月前に 同社が発表 同社は、量産型TOPCon太陽電池モジュールで740.6ワットという記録を達成しました。これは、太陽光発電関連の効率と出力に関してトリナが樹立した26番目の記録でした。

TOPCon パネルの記録破りのパフォーマンスを実現するために、チェン氏と彼のチームは、レーザー誘起焼成を含む同社の製造プロセスを最適化しました。レーザー誘起焼成では、レーザーが太陽電池の一部を加熱し、金属接点とシリコン ウェハーの間に結合を作成します。その結果、接続はより強力になり、より適切に整列し、効率が向上します。

「私たちは、太陽光を少しでも多く取り込めるよう、改善を続けています」とチェン氏は言う。「1～2%の効率向上は大きな成果です。これは非常に小さな増加のように聞こえるかもしれませんが、規模が大きければ、こうした小さな改善が経済性、持続可能性、社会への価値という点で大きな価値を生み出します。」

太陽電池の効率が上がり、価格が下がるにつれて、世界中で太陽光発電が成長し続けるとチェン氏は言う。現在、太陽光発電の設置容量で世界トップの中国は、世界の容量の約40％を占めている。2023年の調査によると、米国は12％で2位に大きく差をつけられている。 ライスタッドエネルギーレポート報告書は、2023年の中国の太陽光発電容量500ギガワットが、2026年までに1テラワットを超える可能性が高いと予測している。

「私は科学を利用して人類に役立つものを作ることにインスピレーションを受け、そして卓越性を追求することに突き動かされています」とチェン氏は言う。「変化を起こし、テクノロジーを改善し、ほんの少しでも良くなるために、私たちは常に何か新しいことを学ぶことができます。」

太陽光発電の先駆者によるトレーニング

陳氏は出席した 中山大学 2008年に中国の広州で光学科学技術の学士号を取得。その後、太陽光発電科学技術の博士号取得を目指した。研究テーマは、ウェハベースの結晶シリコンから作られた高効率太陽電池。指導教官は ホイ・シェンは、太陽光発電分野の第一人者であり、同大学の太陽エネルギーシステム研究所の創設者である。チェン氏は彼を「私の科学者としてのキャリアにおいて非常に重要な3人のうちの最初の人物」と呼んでいる。

2011年にチェンは博士課程の学生として1年間を過ごした。 ライプニッツ大学ハノーバードイツで学んだ。 ピエトロ・P・アルテルマット、彼のキャリアの中で2番目に影響力のある人物。

後にトリナ社の主席科学者となるシリコン太陽電池の著名な専門家、アルターマット氏は、2D および 3D 太陽電池の動作をモデル化および分析するための計算手法についてチェン氏に助言しました。このモデルは、太陽電池の出力を最適化する設計において重要な役割を果たします。

「1～2%の効率向上は大きな成果です。非常に小さな向上のように聞こえるかもしれませんが、規模が大きければ、こうした小さな改善が経済性、持続可能性、社会への価値という点で大きな価値を生み出します。」

「アルターマット博士は私の物事の見方を変えてくれました」とチェン氏は言う。「ドイツでは、デバイスの物理学に本当に重点が置かれています。」

博士号を取得した後、チェン氏はトリナ社の技術アシスタントとなり、そこで彼のキャリアにおいて3番目に大きな影響力を持つ人物と出会いました。 ピエール・バーリンデン同社の主任科学者を務めた太陽光発電研究の先駆者。

トリナ社では、チェン氏は研究開発部門で急速に昇進し、2023年からは同社の技術担当副社長を務めている。

IEEEの「宝」となる研究の宝庫

チェンはIEEEに学生として参加した。 IEEE 太陽光発電専門家会議太陽光発電、太陽電池、太陽光発電に特化した最も長い歴史を持つイベントです。

博士課程の勉強中、会員資格は特に有益だったと彼は言う。 IEEE Xplore デジタルライブラリ アーカイブ文書にアクセスするため。

「私の研究は、間違いなく IEEE で見つけた論文からインスピレーションを得ています」とチェン氏は言います。「さらに、クリックして読んでみると、自分の分野とは関係ないけれどとても興味深い他の研究も見つかります。

「出版物リポジトリは宝物です。業界の内外で何が起こっているかを知ることは目を見張るものであり、常に新しい発見が起こっています。」