宇宙搭載電力用の 2T 三重接合タンデム太陽電池

商業航空宇宙ミッションの急激な増加に伴い、 高効率の宇宙搭載電力 重大な変曲点に達しました。 このような背景に対して、HIKING PV は太陽光発電技術の限界を再定義しました。 同社の 2 端子 (2T) 三重接合タンデム太陽電池は、最近、変換効率 2000 という世界記録を破りました。 30.11%、伝統的な「タンデム時代」から高度に洗練された「タンデム時代」への歴史的な移行を示しています。 "トリプルジャンクション時代.”

I. 「トリプルジャンクション」の解読: スペクトル不一致の課題を解決する

従来の太陽光発電システムは主に単接合シリコンセルに依存しています。 これらは、狭い周波数帯域内のエネルギーのみを捕捉する粗いフィルターと考えてください。 ただし、太陽放射は紫外線 (UV) から赤外線 (IR) までの広大なスペクトルで構成されます。単接合セルでは、高エネルギーの光子は熱として失われますが、低エネルギーの光子は吸収されずに通過します。 この「スペクトルの不一致」が航空宇宙エネルギーにおける主なボトルネックです。

トリプル接合タンデム アーキテクチャは、高性能結晶シリコン ベース上に 2 つの特殊なペロブスカイト サブセルを「積層」することで、この非効率性を排除します。 これにより、精密に設計された 3 層の吸収システムが形成されます。:
1.最上層 (ワイドバンドギャップ): 高エネルギーの紫外線と青色光を収集するために特別に設計されています。
2.中間層 (中バンドギャップ): 緑、黄、赤の光を捉えるように特別に調整されており、標準的な二重接合セルに見られる悪名高い「グリーンギャップ」効率の損失を解消します。

3.最下層 (ナローバンドギャップ結晶シリコン): 透過性の高い深赤色および近赤外線スペクトルの吸収を担当します。

これ "分業" 太陽スペクトル全体にわたって光子の利用を最大化します。 理論上の効率限界が 50% を超える、このアーキテクチャは、従来の単接合技術の物理的制約を超える量子的飛躍を表しています。

II.技術的な詳細: 2T トリプル接合テクノロジーの「プロセス障壁」と主な利点

トリプル接合タンデムのコンセプトは理論的には最適ですが、特に HIKING PV が支持する 2 端子 (2T) アーキテクチャの場合、製造の複雑さは指数関数的に増大します。

1. 2T アーキテクチャのエンジニアリングのハードル

2T アーキテクチャには 3 つの主要な技術的ボトルネックがあります:

• 厳密な電流マッチング: 2T アーキテクチャでは、3 つのサブセルが単一回路内の直列接続されたコンポーネントのように機能します。 したがって、各サブセルによって生成される光電流は完全に同期する必要があります。全体の効率は、電流出力が最も低いサブセルによって厳密に支配されます。 これには、バンドギャップエンジニアリングと層厚さの制御においてナノメートル未満の精度が必要です。
• 複雑なトンネル接合の統合: 3 つの異なるサブセルを接続するには、透明性が高く、非常に導電性の高いトンネル接合が必要です。 このインターフェースは、フォトンが減衰することなく下位層に到達できるように十分な透明性を維持しながら、無視できる電圧損失でシームレスなキャリア輸送を促進する必要があります。
• 製造プロセスの互換性: 2 つの溶媒に敏感なペロブスカイト サブセルを結晶シリコン ベース上に連続して製造するのは困難な作業です。 主な課題は、耐溶剤性と熱安定性という「二重の制約」にあり、後続の層の堆積と処理によって下層の構造の完全性が損なわれないようにする必要があります。

2. 戦略的命令: 2T が宇宙 PV の未来である理由

このような厳しい製造基準にもかかわらず、2T アーキテクチャは航空宇宙アプリケーションにとってかけがえのないシステムレベルの利点を提供します。:

• 超合理化されたアーキテクチャ: 複雑な 4 電極構成を必要とする 4 端子 (4T) タンデム セルとは異なり、2T 設計はシンプルな 2 電極リードアウトを利用します。 これにより、モジュールレベルの配線が大幅に簡素化され、システム全体の寄生抵抗損失が最小限に抑えられます。
• 最小化された寄生吸収: 2T アーキテクチャは、4T 構造に必要な中間ガラス基板や複数層の透明導電膜 (TCO) の必要性を排除することで、活性層間の不要な光子の損失を大幅に削減し、光の収集を最大化します。
• 優れた出力対質量比: 航空宇宙分野では、重量が究極の制約となります。 2T セルの簡素化され統合された構造により、ペイロードが大幅に軽くなります。 これにより、比出力 (W/kg) が直接向上し、次世代の軽量航空宇宙用電源システムの決定的な技術的パスとして確立されます。

Ⅲ．主な利点: 航空宇宙用途に「トリプルジャンクション」テクノロジーが必要な理由

地球の軌道や深宇宙の過酷な真空において、太陽電池アレイは極限の条件に耐えながら最大限のパフォーマンスを発揮する必要があります。 現在、宇宙分野は III-V 多接合セルに大きく依存しています。この技術は効率は高いものの法外に高価です。 ペロブスカイト/シリコン三重接合セルは、3 つの重要な側面にわたる自然な適応性を備えた、高性能でコスト効率の高い代替品を提供します。:

1. AM0 航空宇宙スペクトル向けに最適化されたスペクトル応答

AM0 スペクトル (放射照度約 1,361W/m² のエア マス ゼロ) には、地上スペクトルよりもかなり高い割合の高エネルギー、短波紫外線 (UV) 放射が含まれています。

高精度バンドギャップエンジニアリング: HIKING PV のトップセルのバンドギャップは AM0 スペクトルに合わせて特別に調整されており、従来の単一接合セルまたは二重接合セルと比較して高エネルギー光子の効率的な変換が可能です。

熱の軽減: これらの高エネルギー光子を最上層で効果的に捕捉することで、当社の技術は深層の熱影響とデバイスの劣化を軽減し、高放射線環境での長期安定性を確保します。

2. 優れた電圧重畳

三重接合アーキテクチャの主な技術的進歩は、大幅な電圧重畳を実現できることにあります。

電圧利得: HIKING PV のテクノロジーは、3 つのサブセルを直列に接続することにより、標準的なタンデム接合セルと比較して、開回路電圧 (Voc) を約 1,000-1,300 mV 増加させます。

システム効率: この高い電圧出力により、システム全体のエネルギー効率が直接向上し、より低い電流関連の抵抗損失でより多くの電力供給が可能になります。

究極の軽量設計を実現

宇宙ミッションでは、ペイロードのすべてのグラムが重要です。 HIKING PV は「比出力」の限界を押し広げます":

効率ベンチマーク: 変換効率が 30% を超え、さらに上昇し続けているため、当社のセルは平方メートルあたりにより多くの電力を供給します。

発売コストの最適化: 当社の高度な軽量パッケージと組み合わせると、HIKING PV モジュールの電力重量比は従来の結晶シリコンの電力重量比をはるかに上回ります。 これは、衛星打ち上げコストの大幅な削減とミッション能力の拡大に直接つながります。

IV. HIKING PV: 新記録の樹立と未来の定義

現在、HIKING PV の 2T 三重接合タンデム太陽電池は、測定変換効率 30.11% の達成に成功しています。将来的には、放射線耐性の安定性とモジュールパッケージングのさらなる進歩により、効率35%～40%の軽量、低コスト、高効率の太陽電池モジュールが、より遠く離れた深宇宙への人類の探査をサポートすることになるでしょう。

HIKING PV は、世界をリードする多接合タンデム太陽電池の開発に取り組んでいます。 材料科学と半導体プロセスの深い統合を通じて、光電変換効率の限界に継続的に挑戦し、グリーン エネルギーと航空宇宙産業の中核的な推進力を提供しています。

HIKING PV 関連リソース

HIKING PVについて詳しくはこちら タンデム型太陽電池 製品と タンデム技術 ペロブスカイトシリコンPVおよび三重接合タンデム太陽電池用。