自然エネルギーの普及に向けた挑戦

太陽電池 反射防止膜成膜装置※1
「MCXS」の開発


かつて太陽電池反射防止膜成膜装置で大きなシェアを誇った島津がチャレンジャーになった。市場を奪還すべく掲げた目標は、にわかには信じがたいものだった。

太陽電池市場は、需要地確保や現地企業育成等の観点から優遇政策の導入を進める中国、太陽光発電システムにとって良好な条件が整っているアメリカやインド、また再生可能エネルギーの固定価格買取制度が開始された日本などにおいて拡大しています。また長期的にも、新興国における経済成長や生活水準の向上によりエネルギー需要が急激に増加することに伴い、特に日照条件の良好なアフリカ、中東、南米、東南アジアなどにおいて需要が拡大することが見込まれ、2030年には2012年の3.2倍である128,600MWまで出力数が伸びることが予測されています※2
このような状況のなか、製造コストを低く抑えることができ、またメガソーラー等の太陽光システム全体の出力を低下させるとして大きな問題になっているPID(Potential Induced Degradation:電圧誘起出力低下)※3に対して高い耐性をもつ太陽電池が強く求められています。
太陽光の反射を抑えてエネルギーの吸収を高める役割を果たし、発電効率向上に貢献する反射防止膜およびその成膜装置についても、これら課題に対処するべく、高水準の性能と生産性が求められています。

※1 太陽電池反射防止膜成膜装置
   太陽電池表面に入射する光の反射を抑え、光エネルギーの損失を防ぐための膜を生成するための装置。
※2 富士経済調べ
※3 PID(Potential Induced Degradation:電圧誘起出力低下)
   太陽光発電システムを高電圧(1000V以上印加)で使うと、モジュール回路に電流漏れが発生し、出力が落ちる現象。
   高電圧下で使われるメガソーラーなど産業用太陽電池に特有の問題とされ、高温多湿の環境下で起きると言われている。

市場を奪還せよ

島津エミット(株) 技術グループ 鈴木正康

島津エミット(株) 技術グループ 鈴木正康

当社は長らく生産性、信頼性の高い太陽電池反射防止膜成膜装置をリリースしてきましたが、2009年にリリースしたのを最後に、新製品を発表できずにいました。このような状況の中、2010年12月、当社秦野工場で新製品の開発がスタートしました。リーダーとなったのは技術部開発グループ(現、島津エミット、技術グループ)の鈴木正康。鈴木は過去の装置の開発者で、しばらく開発からは離れていましたが、ドライプロセスのプラズマ源に関する知見を見込まれ、当時の製造部長である篠原真(現、産業機械事業部長)から開発を託されました。

夢物語に引き寄せられて

市場調査によると、競合他社の製品はいずれも優れたコンセプトのもとで設計・製造されており、当時の当社の技術を結集したとしても、他社現行製品と同程度の仕様を引き出すのが精一杯で、後続となる分、圧倒的な価格差がなければ勝負することができない状況でした。
「もっと圧倒的な製品が必要である」という意識のもと、鈴木はいったん当社が保有する技術は無視して、競争力のある製品仕様とはどんなものかを整理してレポートを作成しました。
『同じ時間で生産できる量が2倍』『消費電力は3分の1』『壊れにくく、メンテナンスも容易』実現できれば画期的な製品となるのは確実でしたが、根拠となる技術は何もない状態でした。
しかし、そのレポートに描かれた“夢”に引き寄せられるかのように、鈴木と篠原の間では技術談義に花が咲きました。
「もし厚さ100ミクロンのシリコン板を割らずにつかめるロボットが作れたら、ここはもっと速いかもしれませんね」「もし500℃の真空のなかで100キロを超える重さの台を高速で搬送できたら、ここはクリアできますね。聞いたこともないですけど」「もし成膜速度がこれまでの3倍以上のまったく新しい新プラズマ源があれば、いけそうですね。まったく想像できませんけどね」。

希望を照らす紫色の光

ホロー放電を可能にした電極板

根拠となる要素技術はただのひとつもなく、開発が前途多難であることは最初からはっきりとしていました。なかでも最大の鍵となるのは、焼き付けを行うプラズマ装置でした。「2倍の速さで焼き付けするためには、チャンバー内のプラズマの密度を大幅に高くしなければならない。周波数の高い電源を用いれば、高密度プラズマを発生させることができるが、今度は、肝心のシリコン基板にダメージを与えてしまう」。本来両立することのできない課題でした。
唯一可能性があるとすれば、ホロー放電と呼ばれる放電現象を利用することでした。ホロー放電は周波数にあまり左右されず、電極の形状に立脚する現象です。穴状の電極を用意し、その穴の中をガスで満たして電気を通せばその穴の中がプラズマで満たされます。ただし、15センチ角のシリコン基板全体にむらなく成膜するためには、小さな穴をたくさん並べ、そのすべての穴で、同じ密度のプラズマを発生させる必要があります。そんな電極の形状が、果たしてあり得るのか。小さな放電モデルを作ってはテストを繰り返す日々が続きました。

年度がかわり4月に入ったある日、鈴木の頭にまったく新しい電極の形状が思い浮かびました。金属の板に直径数ミリの穴をたくさんパンチングして貫通させただけのシンプルな形状。理論上はこれでいけるはずでしたが、これまで誰もこんな形状の電極で放電させた者はいません。早速、試作品を作成し、小型のチャンバーにセットしました。すると、プラズマが発生していることを示す紫色の光がチャンバー内から発せられたのです。

最大の難関はクリアできたものの、まだまだ解決すべき課題は山積していました。そのどれもが、誰も発想さえしたことのない技術の集合で、誰もが実現は到底無理だと考えていたものでした。アイデアを出し合って、試作品を作っては昼夜を分かたず検証する日々が続き、いつしか開発室は、「不夜城」とあだ名されるようになりました。

スタッフの疲労も極限に達しようとしていた2012年の12月、ついに十分な信頼性をもった装置ができあがりました。スループットは当初の目論み通り約2倍、電極をシンプルな形状にしたことで、メンテナンスの手間が大幅に軽減し、ランニングコストでも競合を大きく引き離した、まさに夢の装置が実現したのです。

こうして2013年3月に発売された新型の太陽電池反射防止膜成膜装置「MCXS」は、市場からの圧倒的な評価を受け、早々に複数台を受注するに至りました。しかし鈴木は「我々は市場奪還を目指すチャレンジャー。ここで立ち止まるわけにはいかない」として今日も秦野工場で夢談義の花を咲かせています。

太陽電池反射防止膜成膜装置「MCXS」

太陽電池反射防止膜成膜装置「MCXS」

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