オーストラリアの研究者らがシリコン太陽電池の紫外線ダメージ後の自己修復を追跡
オーストラリアの研究者らが、紫外線による損傷を受けたシリコン太陽電池の自己修復過程を追跡
ニューサウスウェールズ大学のエンジニアたちは、シリコン太陽電池が紫外線による損傷を受けた後に自己修復する仕組みを明らかにするリアルタイムモニタリング技術を開発しました。この技術は、太陽光パネルの劣化と寿命性能に関する新たな知見をもたらします。
2026年1月28日 デビッド・キャロル
画像: UNSW
pv magazine Australiaより
ニューサウスウェールズ大学（UNSW）の研究者たちは、動作中のシリコン太陽電池が紫外線（UV）照射下で劣化する際、および可視光線下で回復する際に、化学結合の変化をモニタリングする新たな手法を開発しました。
サイエンティアのシャオジン・ハオ教授率いる研究チームは、この新たな非破壊モニタリング技術は、メーカーが太陽光パネルをより正確かつ効率的に試験・認証するのに役立つと述べています。
「この新たな手法は、生産ラインで直接使用して、太陽電池の紫外線耐性を迅速に確認できるため、将来の製造工程における品質管理に役立ちます」とハオ教授は述べています。
紫外線による劣化は、ヘテロ接合型（HJT）、パッシベーションされたエミッタ・リアセル型（PERC）、トンネル酸化膜パッシベーションコンタクト型（TOPCon）など、多くのシリコン太陽電池構造において、最大10%の効率低下を引き起こしています。この劣化は、光照射などの特定の条件下では回復可能であることが報告されていますが、これまではセルを切断するか、間接的な電気測定に頼る必要がありました。
UNSWの研究チームは、レーザーを用いて物質の分子振動を明らかにする紫外ラマン分光法を用いて、まず紫外線、次に可視光線に曝露された作動中のセルの化学結合の変化をモニタリングし、損傷と回復のプロセスを顕微鏡で観察しました。
「この技術はカメラのような働きをします。セルがどれだけの電力を生成するかを測定するだけでなく、物質自体がどのように変化しているかをリアルタイムで直接観察できるのです」と、Energy & Environmental Science誌に掲載された研究論文の責任著者であるZiheng Liu氏は述べています。
「通常は出力しか測定できません。これはすでに多くの人々によって観察されていますが、この新しい手法によってメカニズムも解明し、物質レベルでの変化を観察できるようになりました。」
UNSWの研究チームは、Ziheng Liu氏、Pengfei Zhang氏、Xiaojing Hao氏、Caixia Li氏で構成されていました。
画像：UNSW/Robert Largent
この技術により、紫外線はまずセル表面付近の水素、シリコン、ホウ素を含む化学結合を変化させ、不活性化層を弱め、性能を低下させることが明らかになりました。セルを可視光線にさらすと、水素原子が表面に戻り、切断された結合が再形成されるため、材料が部分的に元の状態に戻る様子が観察されました。
「これは、回復が単なる電気的な効果ではないことを裏付けています」とLiu氏は述べています。「材料自体が原子レベルで修復しているのです。」
Liu氏は、可逆的な材料変化を直接観察できることは、モジュールの試験と信頼性評価に大きな影響を与えると述べています。
「このアプローチは、真の長期劣化と可逆的な変化を区別するのに役立ちます」とLiu氏は述べています。「この区別は、正確な寿命予測に不可欠です。」
研究者らは、この手法は、パッシベーション層の厚さや表面コーティングの特性といった設計上の選択が、紫外線照射と回復過程における水素の移動に影響を与えることで、一部の太陽電池が他の太陽電池よりも劣化しやすい理由を説明するのにも役立つと述べています。
「この知見により、メーカーはピーク効率、耐久性、コストの間で、情報に基づいたトレードオフを行うことができます」と研究者らは述べ、この手法は、セルが太陽電池パネルに組み込まれる前に、新材料、処理条件、または設計変更をスクリーニングするために使用できる可能性があると付け加えました。
「この研究により、太陽電池が現実世界でどのように動作するかをより明確に把握できるようになりました」とハオ氏は述べています。「より優れた監視ツールがあれば、より優れた試験、より優れたパネル、そして最終的にはより信頼性の高い太陽光発電システムを設計できるようになります。」