2007/2/21
エネルギーは、私たちが文明生活を営むために必要不可欠なものです。
しかし人類の歴史の中では、大部分のエネルギーは限りある地上の資源を消費して得られてきました。
そのため、人々は常に資源の枯渇に怯えてきましたし、またその消費は二酸化炭素の排出により地球温暖化・環境破壊の要因となっています。
無限の可能性をもつ環境にやさしい自然エネルギーである太陽光エネルギーの利用のみが、人類の未来を支えるエネルギー源になることは論を待たないでしょう。
クリーンな太陽光エネルギーから発電を行う太陽電池を、広く普及させることができれば、エネルギー・環境問題の解決に繋がります。
そのためには、高効率で発電コストが安い太陽電池を開発しなければなりません。
大部分の太陽電池は、地球に豊富に存在するシリコンという元素を用いたバルク多結晶から作られています。
このシリコンバルク多結晶の品質を高め安く作る技術を開発することが、太陽電池の高効率化と低コスト化を実現でき、太陽電池を地球規模で普及させるための最大の課題と考え研究を進めています。
まず、シリコンの結晶成長の様子を観察することから研究を始めました。
シリコンは、1400℃以上という高い温度でないと液体にならないため、特殊な装置を開発して、結晶成長の観察を可能としました。
そして、ある条件のもとでは、樹枝のような形のシリコン結晶（デンドライト結晶）がルツボ（結晶成長の容器）底面に沿って成長し、
その後、そのデンドライト結晶の上面にシリコンバルク多結晶が成長することを見つけました。
デンドライト結晶の上面方位が揃うという特徴を生かして、それまで方位がバラバラであったシリコンバルク多結晶の方位を揃え、
さらに結晶粒サイズを大きく揃えることが可能な新しい結晶成長の方法を考案しました。この方法でつくったシリコンバルク多結晶を利用すれば、太陽電池の高効率化が可能であり、低コスト化の可能性があることが、これまでにわかっています。
実験に基づく研究では、予期しない結果に、新しい研究の芽が含まれている場合があります。
最近、シリコン薄膜結晶をシリコン融液からシリコン基板に成長させようとした実験中に、シリコン基板が高温で加圧すると大きく変形することを見出しました。
結晶成長の実験としては「失敗」といえるのですが、シリコン結晶が金属のように加工できることは、それまでの材料科学の常識を覆す大きな発見となりました。
この発見が契機となり、半導体結晶の加工という新しい研究が生まれ、このように加工成型したシリコン結晶レンズを用いて、X線の一点集光や高精度分光への応用、
さらには反射ロスのない集光太陽電池の開発など、新しい大きな研究分野の創成への展開が始まっています。
太陽電池用シリコンバルク多結晶の高品質化と低コスト化の研究は、現在、NEDO技術開発機構のプロジェクトとして、世界一の太陽電池メーカーであるシャープとの共同研究を行っています。
この技術を実用化させ、世界の屋根を東北大学発の技術で作った太陽電池で埋め尽くすことを目指して研究を進めています。
また、結晶加工の研究は、科学技術振興機構のプロジェクトとして、X線の専門家との共同研究を行っています。
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