Practice of the Semiconductor Education Using Si Solar Cell Fabrication and Energy Conversion Efficiency Simulation

【はじめに】デジタル化に伴う技術のコモディティー化の中で、材料からの本質的な技術開発が できる人材教育が重要である。高専では大学入試を配慮することなく、実験に力を入れた早期専 門教育が可能である。そこで最先端技術獲得に不可欠な半導体技術の教育に対して、本校で初め て太陽電池製作実験を導入した。最近のエネルギー問題から学生は太陽電池に興味を持っている。 また、学生実験用に安全で比較的安価で簡単な太陽電池製作プロセスが開発されている。今回、 太陽電池の製作に LED を使った簡易な分光感度測定を加えて学生実験に導入した結果について 紹介する。さらに変換効率シミュレーション実験を導入した効果についても報告する予定である。 【学生実験】図 1 にプロセスを示す。対象は 4 年生。装置は 1 セットしかないため、6,7 名の 班毎に順次実施して、空き時間は原理や変換効率の考察に充てた。1回目:時間数 3(りん熱拡 散)、2 回目:時間数 2(真空引き)、3 回目:時間数 3(電極蒸着と特性測定)4 回目:時間数 2 (分光感度測定)。図 2 に、製作した太陽電池に同じ放射束にそろえた紫外(ピーク波長 380nm)、 青(470)、緑(521)、赤(635)、赤外(850)、赤外(945)の LED 光を照射したときのピーク波 長と短絡光電流の関係を示す。一般的な太陽電池の分光感度特性例と傾向は一致している。 【結果】実験前後に同内容のテストとアンケートを行った。テストは pn接合と太陽電池の基礎的 問題(31 問)。実験前後で正答率は 47 から 63%に向上。特に pn 接合の拡散電流と短絡光電流に 関する正答率が大きく向上した。アンケートは、興味、技術項目理解度、実験前後感想、安全(計 27 問)からなる。選択肢(はい、どちらかといえばはい、どちらとも言えない、どちらかと言えばいいえ、いいえ) を(5,4,3,2,1点)として点数化した。実験の前後で、平均点数は興味 0.14点、理解度 1.37点増加 した。実験前後の感想も、理解度増加が 4点、興味増加が 3.9点と高かった。安全は 4.7点で問題 なかった。また、自由記述の感想の回答率は 76%あり、実験導入に対して好評であった。目に見 えない赤外光の効率が高いことに驚いた感想もあった。 謝辞 5 年卒研生の酒井啓介さんに感 謝する。本研究の一部は、豊 橋技科大の高専連携教育研 究プロジェクト、JSPS 科研 費 15K01004の助成を受けた。 参考文献 1)辻、長岡、若 原:工学教育, 63-4, 33 (2015) 図 1.製作プロセス 図 2. LED のピーク波長と短絡光電流 第63回応用物理学会春季学術講演会 講演予稿集 (2016 東京工業大学 大岡山キャンパス) 21a-P2-12