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太陽電池の耐久性向上と材料評価    
Characterization and Materials for Improved Durability of Solar Cells
[コードNo.2011T723]

※ 本書籍はご試読頂けません ※

■監修/ 近藤道雄((独)産業技術総合研究所)
■体裁/ B5判 243ページ
■発行/ 2011年6月 (株)シーエムシー出版
■定価/ 69,120円(税込価格)
■ISBNコード/ 978-4-7813-0199-0

 
★震災や計画停電の影響で、注目を集める自家発電。デバイスの耐久性と評価にスポット!
★特性評価や認証試験の方法や注意点、規格の策定動向、実際の評価に必要な装置について徹底解説!
★太陽電池評価を担当されている、技術者の方々。これから、そのような技術を身につけようと考えている方々に!

キーワード

シリコンの結晶性評価/スペクトル/分光放射照度CIGS太陽電池/色素増感太陽電池/有機太陽電池/保護フィルム/封止材/EVAフィルム/モジュール認証/出力特性評価/ライフサイクル評価/エネルギー・ペイバック・タイム

刊行にあたって

はじめに
 太陽電池は系統連系というネットワークの中で利用される。ネットワークというのは人間で言えば社会である。太陽電池という細胞がシステムという人間になり、それがさらに系統という社会を構築する。それぞれのレベルで必要とされる評価技術は多岐にわたってきている。従来は太陽電池の評価といえば、たとえば変換効率の計測であったり、材料物性の評価が中心であった。しかし、太陽電池技術はさまざまな技術が組み合わされた総合的な技術になってきた。半導体材料、高分子材料、金属材料などのさまざまな材料が半導体デバイスや構造部材、電子部品となってシステムとして統合される。最終的に得られるものは電力であり、それをより多く、安定的に供給することが求められる。
 デバイスをそのマクロなパラメータから評価し、何がデバイスの中で起こっているかを見出すことは容易ではない。それはデバイスがシステムとして複雑化すればするほどその評価は容易ではない。しかしながら、システムとしての出力からミクロな現象を解明することは今後ますます重要になってくるのである。それは医療診断に似ているかもしれない。人体という複雑なシステムのなかで、細胞レベルで起こっていることを見出すことが最新の医療診断技術であることからも、その困難さと重要性が理解されるであろう。
 デバイスの性能やコストを決める主要な因子は材料である。素材が悪ければどんなに優れた技術をもってしても安価で高性能なデバイスを実現することは困難である。材料の高品質化はたとえば結晶シリコンのキャリア再結合速度、薄膜の欠陥密度などがその指標となるが、時にはデバイス性能がどの物性値と相関しているかが不明な場合もある。その相関関係を明確化することで材料開発を飛躍的に進展させることが可能となる。
 このように太陽電池の評価と技術開発は車の両輪のように互いに必要不可欠な関係にあるといってよい。正しい評価なしに技術開発を方向付けることは困難であるし、技術開発の成果は正しく評価されなければならない。新しいあるいは正確な評価技術によって新たな問題が抽出され、それを解決するために新しい技術が開発されるという好循環が理想であるといえよう。本書が太陽電池評価技術を学ぼうとしている人たちにとって有益であり、それが新たな技術開発のブレイクスルーのきっかけを与えてくれることを願ってやまない。
2011 年6 月
(独)産業技術総合研究所
近藤道雄

著者一覧

近藤道雄(独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 研究センター長
菱川善博(独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 評価・標準チーム 研究チーム長
猪狩真一(独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 評価・標準チーム 主任研究員
河本桂一みずほ情報総研(株) 環境・資源エネルギー部 主任研究員
飯田豊(株)東レリサーチセンター 無機分析化学研究部 部長
杉江隆一(株)東レリサーチセンター 構造化学研究部 構造化学第一研究室 室長
阪本貞夫岐阜大学 未来型太陽光発電システム研究センター 特別協力研究員
櫛屋勝巳昭和シェル石油(株) ソーラー事業本部 担当副部長
根上卓之パナソニック(株) 先行デバイス開発センター 主幹技師
荒川裕則東京理科大学 工学部 工業化学科 教授
内田聡一JX日鉱日石エネルギー(株) 研究開発本部 中央技術研究所 水素・新エネルギー研究所 エネルギーデバイスグループ
朝野剛JX日鉱日石エネルギー(株) 研究開発本部 中央技術研究所 水素・新エネルギー研究所 エネルギーデバイスグループ
宇佐美章(財)電力中央研究所 材料科学研究所 エネルギー変換・貯蔵材料領域主任研究員
杉本榮一(株)デンギケン(電技研) 本社 代表取締役
望月三也(株)ケミトックス 山梨試験センター PV 評価事業部 技術営業部長
瀬川正志サンビック(株) 開発部 常務取締役 開発部長
水上誠志郎電気安全環境研究所 研究事業センター
守田賢吾テュフ ラインランド ジャパン(株) 製品部 太陽光発電課 シニアスペシャリスト
橋本徹(株)エヌ・ピー・シー 元専務取締役
杉本克雄大日本スクリーン製造(株) PV 商品開発部 ビジネスリーダー
下斗米光博日清紡メカトロニクス(株) 技術・品質保証部長付担当課長

構成および内容

【第1編 太陽電池システムの性能評価およびシステム全般】

第1章太陽光スペクトルと太陽電池性能評価(菱川善博)
1はじめに
2分光放射照度
3基準太陽光スペクトルの概要
4基準太陽光スペクトルの変化が性能評価に及ぼす影響
5各種ソーラシミュレータの分光スペクトル例
6まとめ
第2章太陽電池評価用光源と出力特性評価(猪狩真一)
1はじめに
2基準太陽電池デバイス
3主要な校正方法と国際ラウンドロビン校正
4AISTにおける基準太陽電池デバイスの校正組織
5太陽電池の性能評価に係わる国際・国内規格の制定・審議状況
6おわりに
第3章太陽光発電システムのライフサイクル評価(河本桂一)
1ライフサイクル評価の意義と指標
2太陽光発電システムのライフサイクル評価例
2.1前提条件
2.1.1評価範囲
2.1.2対象システム
2.1.3使用後処理の考え方
2.2評価結果
2.2.1太陽電池モジュール製造に伴うエネルギー消費量とCO2排出量
2.2.2太陽光発電システムのエネルギー・ペイバック・タイムとCO2排出
2.2.3リサイクルによる効果
3耐久性の向上と材料開発、新たな太陽電池への期待

【第2編 シリコン系太陽電池】

第1章シリコン系太陽電池の高効率化と材料評価(近藤道雄)
1はじめに
2結晶シリコン系太陽電池の高効率化と評価
3薄膜シリコン太陽電池の材料と評価
3.1アモルファスシリコン
3.2微結晶シリコン系材料
4おわりに
第2章シリコンの結晶性評価方法 ― 欠陥、応力、不純物 ―(飯田 豊、杉江隆一)
1はじめに
2シリコンの不純物分析
2.1シリコン中のドーパントのバルク分析
2.2シリコン中の金属のバルク分析
2.3シリコン中の金属の分布分析
2.4SIMS法による不純物分析
3シリコンの欠陥、応力の評価
3.1カソードルミネッセンス(CL)法を用いた結晶欠陥評価
3.2ラマン分光法を用いた応力・結晶性評価
3.3電子スピン共鳴(ESR)法を用いたSiのダングリングボンドの評価
第3章結晶系シリコン太陽電池モジュールの信頼性(阪本貞夫)
1はじめに
2太陽電池モジュール寿命評価の現状
2.1温度加速寿命試験
2.2加速劣化試験としての認証試験JIS C8990 (IEC 61215)
3寿命評価の具体的方法:10年間稼働モジュールの出力低下を測定
3.1調査対象モジュール
3.2最大出力低下率の分布と初期出力低下の補正
3.3直線近似の妥当性について
4劣化モードと劣化メカニズム
4.1外観不良・ 剥離モード
4.2外観に現れない劣化モードの抽出・相関解析
4.3FFモードとI・Vモードの劣化メカニズム
5まとめ
6おわりに

【第3編 CIS太陽電池】

第1章CIGS太陽電池の性能評価技術(菱川善博)
1はじめに
2太陽電池性能評価技術の概要
3測定結果に影響する主な要素
3.1ソーラシミュレータ光の調整
3.2基準太陽電池の選定
3.3照度ムラ・サンプル形状
3.4温度調節と温度測定
3.5光照射効果
3.6温度・照度依存性
3.7I-V測定
3.8分光感度測定
3.9太陽電池測定に関する標準化の現状
4まとめと今後の課題
第2章CIS系薄膜太陽電池の光照射効果(櫛屋勝巳)
1CIS系薄膜太陽電池のデバイス構造
2CIS系薄膜太陽電池の光照射効果
3光照射効果によって引き起こされる現象を包括的に説明するためのモデルの提案(水酸化物とUV光による光化学反応モデル)
4国際規格であるIEC61646 Ed.2(翻訳JIS C8991)での光照射の定義
5まとめ
第3章CIGS太陽電池の材料の評価(根上卓之)
1はじめに
2組成比と変換効率
3PL寿命評価
4おわりに

【第4編 色素増感太陽電池・有機太陽電池】

第1章色素増感太陽電池の耐久性評価(荒川裕則)
1はじめに
2ヨーロッパの動向
3オーストラリアDyesol社の動向
4国内の動向
5おわりに
第2章有機薄膜太陽電池の耐久性評価(内田聡一、朝野 剛)
1はじめに
2有機薄膜太陽電池の発電機構と劣化
3外部要因による劣化に対する対策
4おわりに
第3章色素増感太陽電池の屋外出力特性評価(宇佐美章)
1屋内と屋外の違い
2色素増感太陽電池屋外特性評価
2.1色素増感太陽電池特性の概要
2.2色素増感太陽電池の屋外特性評価
2.2.1屋外評価の概要
2.2.2開放電圧
2.2.3発電出力
2.2.4発電量の概算評価
3おわりに

【第5編 その他の周辺材】

第1章PVシリコンモジュールの構成材料(杉本榮一)
1はじめに
2PVシリコンモジュールの構成材料
2.1太陽光発電の原理
2.2シリコンモジュールの代表的構成
3保護フィルム(バックシート)
3.1概要
3.2保護フィルム(バックシート)に要求される機能と特性
3.3構成材料の品質特性
4バックシート(BS)用接着剤の特性評価
4.1基本的特性評価
4.2評価方法
5バックシート(BS)と封止樹脂(EVAフィルム)との適合性
5.1適合性評価
5.1.1試験試料の明細
5.2.1試験結果
6バックシート(BS)の耐紫外線(UV光)特性
7太陽光発電(PV)システムモジュールの電気絶縁設計
8まとめ(課題と展望)
第2章太陽光発電モジュールに使用されるバックシートの試験・評価(望月三也)
1はじめに
2太陽光発電モジュールの規格
2.1規格の要求
2.2材料に対する要求
2.3モジュールの外表面の材料に要求される試験の項目
3試験の概要
3.1長期間熱劣化試験
3.2火炎伝播試験(ラジアントパネル試験)
3.3紫外線暴露試験
3.4部分放電試験
3.5部分放電計算式
4おわりに
第3章太陽電池セル封止材としてのEVA樹脂(瀬川正志)
1太陽電池モジュールの構造
2EVA樹脂に関して
2.1EVA樹脂の生産量
2.2EVA樹脂の分類
3結晶系シリコンセルの封止向けEVA封止材について
3.1EVA封止材の組成と架橋・接着の原理
3.2結晶系シリコン太陽電池モジュールの製造方法
3.3太陽電池ラミネーターの条件設定に関して
4EVA封止材の耐久性に関して
5まとめ

【第6編 太陽電池のモジュール製造と耐久性試験】

第1章太陽電池モジュールの認証試験(水上誠志郎)
1はじめに
2モジュール認証(JETPVm認証)
3性能認証試験
4安全性認証試験
5電気的試験とシステム電圧
6工場調査
7おわりに
第2章太陽電池モジュールの型式認証試験規格(守田賢吾)
1はじめに
2屋外暴露試験
3ホットスポット耐久性試験
4紫外線前処理試験
5温度サイクル試験
6結露凍結試験
7高温高湿試験
8端子強度試験
9機械的荷重試験
10降雹試験
11バイパスダイオード温度試験
12光照射
13おわりに
第3章太陽電池モジュール製造装置(橋本 徹)
1はじめに
2太陽電池モジュール生産工程
2.1太陽電池の全体生産工程
2.2モジュール化プロセスの概要
3工程別装置(主要4装置)
3.1セル特性検査分類工程
3.2自動配線工程
3.3ラミネーション工程
3.4モジュールテスター(モジュールシミュレーター)
4まとめ
第4章薄膜太陽電池パネル用装置(杉本克雄)
1はじめに
2薄膜シリコン太陽電池
3パネル製造の課題
4分光エリプソ式膜厚計 RE-8000
5測定事例
6ターンキー導入後の問題
7パネルメーカーの動向
8まとめ
第5章太陽電池製造用検査装置の動向(下斗米光博)
1はじめに
2太陽電池の特性
3太陽電池の出力測定方法
4ソーラシミュレータの分類
5IVカーブと照度の場所むらの影響について
6太陽電池の応答性について
7多接合太陽電池の測定用2光源ソーラシミュレータについて
8結晶系太陽電池におけるEL(Electro Luminescence)検査について
9まとめ



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