太陽電池について

現在では、ソーラーパネルはかなり普及し、種類も豊富になってきました。 数ある中で最初に研究されたのは「単結晶シリコン型太陽電池」というタイプのものでした。

単結晶シリコン型太陽電池は、シリコン単結晶のウエハーを基盤にしています。特徴は、最古の太陽電池でありながら、且つ、非常に高い変換効率を誇っているという点です。

そのため、太陽光を電気とする効率が良く、そのシェアはかなり高めです。また、歴史も古いため、信頼性も高いといえるでしょう。

ただ、その一方で、シリコン結晶というとても高価な材料を使用しているため、製造コストはかなり高くなってしまいます。

当然、販売価格に反映され、他の太陽電池と比べると高めになり、商品としてはどうしても高価なものになってしまいます。

法人が利用する場合はまだ良いのですが、個人が購入するソーラーパネルとしては、少々高くついてしまうという点がネックでしょう。

最近では、コスト軽減という流れが太陽光発電の分野で顕著に見られ、単結晶シリコン型太陽電池は少しづつ占拠率が減っていくことが予想されています。

シリコン結晶を使用しないわけにはいきませんので、太陽電池単体のコスト削減が困難という点が最大の理由でしょう。

とはいえ、人類が最初に着手した太陽電池であるという事実から、その歴史的価値が高いことは事実です。

今後衰退していくことがあろうとも、その存在自体が消えてしまうということはないと思われます。

数ある太陽電池は、全てここからスタートしたのです。

シリコンを使った太陽電池は、かつて「単結晶シリコン型太陽電池」と「多結晶シリコン型太陽電池」のふたつが主流でした。

ただ最近では、太陽光発電を一般家庭でも導入するケースがかなり増加しており、その影響もあって、コスト面において単結晶シリコン型太陽電池の需要が減りました。より安価な技術が求められるようになったのでしょう。

それに応えるかたちで「薄膜シリコン型太陽電池」が誕生しました。

その名の通り、アモルファスシリコン型とも呼ばれている薄膜シリコン型太陽電池は、非常に薄い「シリコンの膜」を使います。

ガラス基板などにシリコンの膜を蒸着し、それを基盤として使うという方法で、シリコンの量は結晶型の二つと比べると、実に100分の1程度に抑えられています。

高価なシリコンがコスト面のネックであったシリコン型太陽電池ですが、薄膜シリコン型太陽電池の登場によって、とても大きなコスト削減を達成した商品となりました。

ただし、コスト面をかなり抑えた反面、電気変換効率は他の結晶型の二つより、7~10%程劣るという数字がでています。

この変換効率は、太陽電池の中ではかなり低い部類に入ります。

よって、環境や面積によっては、ソーラーパネルを設置する場合、発電量が厳しい状況になる可能性も否定できません。

その部分は欠点ではありますが、逆にそれ以外に欠点というポイントはないでしょう。

それ以上に、価格を抑えられるというだけではなく、ソーラーパネルの弱点でもある温度変化による発電量のムラも最小限に抑えられるというメリットもあります。

近年で最も注目を集める太陽電池と言って良いでしょう。

さて、技術とは、ある程度突き詰めていくと、そこに「統合」という可能性が生まれます。

つまり、複合する技術同士をコラボレーションさせ、長所をより伸ばし、短所を補い合うという発想です。

これは、例をあげると、会社の合併など、様々な面においてよく見られる方法でしょう。無駄を省いて出力を上げるという意味では、統合というのは非常に有効な手段です。

この統合は、太陽電池においても行われていて、それが「HIT太陽電池」と呼ばれる商品です。

HIT太陽電池は、単結晶シリコン太陽電池と薄膜シリコン型太陽電池を統合したハイブリッドの太陽電池です。

コスト面でどうしても高価になってしまうものの、発電効率が非常に高い単結晶シリコン型。

コストは安価に抑えられるものの、効率という面で劣る薄膜シリコン型。 これらの二つを統合させることで、効率を上げてコストを抑えるという狙いのもとに生まれた商品がHIT太陽電池なのです。

ただ、近年において、必ずしもこの技術がその狙い通りになっているかというと、そうとは限りません。

というのも、HIT太陽電池は、単結晶シリコン太陽電池よりも単位出力あたりの価格が最も高くなっているのです。

コスト面の削減という意味では、必ずしも成功しているということではないということですね。

ただ、価格が高いからといって、それが必ずしも商品として不利なのか?というと、そうではありません。

発電効率は非常に良く、狭い屋根でもソーラーパネルを設置できるというメリットがあるからです。 この技術によって、一般家庭にもソーラーパネルの設置数が、更に増えたといえるでしょう。

シリコン系のソーラーパネルは、コスト面においてどうしても負担がかかってしまいます。

そのデメリットを補うという方向性で、薄膜シリコン型のソーラーパネルが誕生しましたが、その分どうしても発電効率が犠牲になってしまいます。一般家庭でも手が届く商品というコンセプトにおいては、まだまだ改善の余地があるでしょう。

そんな中、ひとつの方向性として示されているのが、「化合物系太陽電池」と呼ばれる、シリコンを用いない太陽電池です。

化合物系太陽電池では、セレン、銅、インジウムなどを使用する「CIS系太陽電池」が最も高い知名度を誇っています。

この他にも「GaAs単結晶」「Cd化合物薄膜」などを使ったものもあります。

これらの太陽電池は、比較的近年に研究が始まり、実用化がスタートしたばかりの技術です。

そのため、今後さらに発展していく余地は十分に残されています。

特に大きな長所は、コスト面だけではなく、シリコン系の太陽電池と比べると、薄くて軽いという点が挙げられます。

ソーラーパネルの重量は無視できない問題で、重量制限に引っかかる家というのも中にはあります。

仮にそういった制限に引っかからなくても、重い物を屋根に乗せるという点に違いはなく、少なからず家には負担がかかってしまいます。 よって、軽いに越したことはないのです。

また、省エネルギー、省資源といった視点からも、発展が期待できる技術として注目を集めています。

シリコンを使わないソーラーパネルという方向性も、今後、太陽光発電が一般化していく段階では有効な道筋となるでしょう。

シリコンを使用しないソーラーパネルといえば、その代表格はCIS系に代表される化合物系太陽電池です。

もちろん、これ以外にも幾つかの非シリコン系の太陽電池は存在していますが、まだ実用化には到っていません。

まだ研究段階ではありますが、今後商品として販売される可能性は十分にある技術です。前もって知っておいても損はないでしょう。

現在、研究が進められている非シリコン系太陽電池には、「色素増感型太陽電池」「有機薄膜型太陽電池」「量子ドット型太陽電池」などといったものがあります。

色素増感型太陽電池は、ソーラーパネルの特性を利用した太陽電池です。

ソーラーパネルの発電システムは、光を吸収し、電子を放出するところにあります。そして、それと同じような特色を持った「色素」を利用し太陽光発電を行う、という構想が今練られています。

製造工程のコストを大きくダウンできるという長所があるので、コストの低下という点ではかなり有効な技術です。

有機薄膜型太陽電池は、有機半導体と呼ばれる「導電性ポリマー」「フラーレン」などを使った太陽電池です。

柔軟性がとても高く、また軽量であることから、より応用性の高い太陽電池の開発に期待が持たれています。

ただ、発電効率などの課題が多いという理由により、現段階ではなかなか実用化は難しそうです。

量子ドット型太陽電池は、微小な半導体を使用した太陽電池で、最も理論上の発電効率が高い方法として着目されています。

実際に実用化となると、太陽光からより多くの電気を生み出すことが可能でしょう。