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太陽光発電の構造について比較しています

太陽光発電には種類があります。一般的な住宅用太陽光発電で採用されているものは次の5タイプ

単結晶シリコン

1番古くに研究開発され現在でも多くのメーカーによって開発・商用化されているのがコチラ。性能が良いぶん価格も高め。各メーカーの研究によって現在はモジュール変換効率15~20%と高く屋根の小さい面積でも乗せられる省スペース構造と、荷重不可の少ない軽さがウリ。シリコンでできたセルには電極が取り付けられ、それらのセルをつなげて1枚のモジュールを構成する。シャープ、三菱電機、東芝、パナソニックで採用している。

多結晶シリコン

単結晶よりは性能が劣るが価格も安価。青色で独特の模様が見られる。最初に商用化されたのは京セラの結晶シリコンパネル。そのパネルは2013年になっても28年間現役で発電し続けているほど。変換効率は京セラのもので最大16%を実現。京セラ、シャープ、三菱電機が採用。

単結晶とアモルファスのハイブリッド

結晶シリコンではなく、非晶質シリコンとよばれるアモルファス。薄膜で安価だが変換効率は多結晶シリコンよりも劣る。そのアモルファスで単結晶シリコンを挟み込んだものがコチラ。三洋電機が開発した国内最高の性能と呼ばれるのがHITパネルというもの。変換効率は19%を超える。

CIS太陽電池

銅(C)、インジウム(I)、セレン(S)を利用した、シリコンではない半導体の太陽電池。安価なわりに性能が高く、ソーラーフロンティアが商用化した太陽光パネルは大人気となっている。モジュール変換効率は12%程度だが、特定の理論値で計算された数値ではなく、実際の屋外の屋根に設置した時の実績値ではCISパネルが最も性能が良いという結果が出ている。最も特徴的なのが太陽光に当てると性能がアップするという不思議な現象。使い始めて数時間で5%~10日、20日で10%ほど出力がアップする。かなり嬉しい性質だが、製品すべてがそうとは限らないらしい。

それぞれの太陽電池の製造工程

製造の流れも見て行きましょう。

単結晶シリコン

単結晶シリコン太陽電池はセルと呼ばれる右図のような基盤でできています。これは金属シリコン(Si)を高純度に精製し、溶鉱炉で溶かして四角の塊を作る。これを薄くスライスして切り取ったものが基盤のもとになるものである。これに電極を取り付けて太陽電池のセルになる。

多結晶シリコン

多結晶シリコンは基本的には単結晶と同じ作り方です。単結晶シリコンを作る際に出来たシリコンの欠片を溶解して鋳型にいれて四角い塊を作る。これを薄くスライスして切り取ったものに電極を付けてセルを構成する。

アモルファスシリコン

アモルファスシリコンは原子が結晶構造を持たない。シランという半導体原料ガスをガラス基板上に形成させることで作る。現在多用されているのはプラズマCVD製法、これによって基板上にシリコンの薄膜を作る。アモルファスシリコンの構造はP層、I層、N層の3層構造になっている。薄さは1μmと薄く、これに必要なシリコン量が結晶系よりもはるかに少ないため大幅な低コスト化が可能。しかし前述のとおり結晶構造ではなく原子が不規則な配列となっているため電子が流れにくい。変換効率は9%程度。

CIS太陽電池

結晶系シリコン太陽電池に比べて製造工程が半分程度のため低コスト、さらに結晶シリコン系は厚みが200~300μmなのに対してCIS太陽電池は2~3μmと薄く、原料資源が少ないことも低コストの要因となっている。ガラス基板上に電極を取り付け、銅、インジウム、ガリウム、セレンによる薄膜を形成してP型のCIS化合物層を作る。これが太陽光を吸収する層となる。さらにn型のバッファと呼ばれる層の薄膜をつけるその上にn型の透明電極層をつける。

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