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薄膜、化合物、色素増幅、有機薄膜などシリコン系以外の太陽電池

太陽光発電の主流は現在はシリコン系ですし、今後も2050年までもシリコン系が主流になるだろうという予測があります。しかしメーカーによって多様な太陽電池の種類がでているのでこちらで紹介していきます。

  • 薄膜シリコン太陽電池
    太陽電池で使われる原料の殆どはシリコン(Si)であるが、使用量がを限りなく少なくした太陽電池。
  • 化合物系太陽電池
    シリコンを使わない太陽電池としてコストダウンを実現した太陽電池。今後の研究開発が期待されている。
  • 色素増感太陽電池
    カラフルな色彩の太陽電池。室内インテリアなど青色、黄色、赤色で様々なシーンでの利用が検討されている。
  • 有機薄膜太陽電池
    新しい次世代の太陽電池と言われていて現在商用化が待たれる。大きなコストダウンの可能性がある。

薄膜シリコン太陽電池

一般的な結晶シリコン太陽電池の場合は200~300マイクロメートルの厚さを形成するが、こちらの太陽電池は2~3マイクロメートル程度と100ぶんの1程度のシリコン量で形成する。シリコンの原子は規則的ではない状態が見られる。この太陽電池はアモルファスシリコン太陽電池と呼ばれる。変換効率は原子配列が規則的ではないため変換効率は結晶シリコン系よりも低くなる。変換効率は~10%程度。シリコンが少ないため安価に製造することが可能となった。

アモルファスシリコン太陽電池の最大の特徴は丸めたりする事が可能な点といえる。文房具の下敷きのように曲げられるので曲面への設置が可能となっており、様々な場所への設置が検討されている。薄膜シリコンという特性は「シースルー太陽電池」としても利用できる。シースルーとは見通すという意味だが、文字通り太陽光発電の向こう側が透けて見えるようなものを作ることができる。

化合物系太陽電池

シリコン以外の材料を混ぜあわせて作る太陽電池。世界トップクラスの変換効率をもつ太陽電池が開発されているのはコレ。人工衛星にも使われ電力源として活用されている。原料は銅・ガリウム・カドミウム・インジウム・ヒ素・セレン・テルルなどが使われる。この中で市販されている太陽光発電は銅(C)、インジウム(I)、セレン(S)を組み合わせたCIS太陽電池が有名。他にもCIGSや、CdTe太陽電池などがある。国内ではソーラーフロンティアが2011年より商用大量生産を開始した。変換効率は12%程度で結晶形シリコンより低く、アモルファスより若干高い。5つの元素を混ぜあわせて作っているため、太陽光の吸収性能も高く、300~1200ナノメートルの波長を吸収できる。価格もシリコンを使わないため安く生産できる。

色素増感太陽電池

太陽光発電というと紺や黒が多いが、こちらは赤色、青、黄色、緑、紫といったカラフルな色を実現できるのが特徴で、室内光のような光でも発電できる。セル変換効率は12%、モジュール変換効率で10%の性能。屋根だけでなく携帯電話、パソコン、インテリアにも使える。太陽光発電を構成する大きな特徴としてPN接合というものがあるが、色素増感太陽電池はPN接合を使わなくても発電できる。その発電の仕組みは、透明電極版に貼り付けられた酸化チタンの粒子と、酸化チタンを着色する色素と、電解液でできていてコレに光が当たると電子が流れだすという仕組みだ。

有機薄膜太陽電池

現時点で実験段階だが、近い将来の商用化が進められている。有機薄膜太陽電池ではシリコンを使わずに有機物を使う(研究段階)。将来見込まれているのが印刷機での製造である。紙にインクで染めるように、基盤に有機物を溶かした溶液を吹き付けることで大量生産が可能。色味も調整できるので印刷物様相の太陽電池を製造することができる。太陽電池を製造するプラントも低コストで全体として大幅なコストダウンが可能となるだろう。

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