太陽生活用語集

HIT太陽電池（ヒット・タイヨウデンチ）

三洋電機が独自に開発した、高効率で温度特性に優れる太陽電池の名前。現在、個人住宅向けに市販されている太陽電池としては、最高レベルの変換効率を達成しており、人気が高い製品です。日本の住宅の屋根はそれほど広くありませんが、より効率の高い太陽電池（太陽光発電モジュール）を設置すれば、同じ面積で同じ日射でも、より多くの電気を作ることができます。

HITはHeterojunction with Intrinsic Thin-layerを略したものです。これは、次に述べるHIT太陽電池の構造に由来しています。

HIT太陽電池
独自開発のセル構造により、高効率と高温時の性能低下を防止している（写真提供：三洋電機）

一般的な結晶型シリコン太陽電池セルの構造

まずは比較対象として、一般的な多結晶シリコン型太陽電池セル（→用語解説）の構造をご紹介しましょう。これは次のようになっています。

一般的な多結晶シリコン型太陽電池セルの構造

シリコン半導体を利用する結晶形シリコン太陽電池セルでは、p型とn型というタイプの違う2種類のシリコン層を接合する必要があります（これはp-n接合と呼ばれます）。図の層の中央にある「多結晶シリコン層（p型）」の部分は「シリコンウエハ」と呼ばれる部分です。ウエハの製造工程については、別稿「特集：多結晶シリコンウエハができるまで」でご紹介しました。図からわかるとおり、ウエハはp型シリコンで、このウエハに熱処理を加えて、p型シリコンの上部にn型シリコン層を形成します。これは熱拡散と呼ばれる方法で、元のp型シリコンウエハに対し、リン（原子記号はP）を高温で拡散させることで、ウエハの表面部分をn型シリコン層にします。熱拡散処理は、800度～900度という高温で行われます。

HIT太陽電池セルの構造

HIT型陽電池セルは、前出の一般的な結晶型シリコンの太陽電池セルとは大きく異なる構造をしています。

HIT太陽電池セルの構造

第1の違いは、層の中央にあるウエハ部分が多結晶シリコンではなく、単結晶シリコンだという点です。単結晶シリコンは、多結晶シリコンよりもシリコン原子の結晶配列の規則性が高く、多結晶と比較すると変換効率を高めやすいという特徴があります。ただし、多結晶に比較すると、単結晶の製造コストは高くなります。単結晶シリコンウエハというと、コンピュータのチップ製造にも使われますが、太陽電池としてはチップ用途ほどの純度は求められないので、チップ用よりも低い純度のシリコンを利用してコストを下げています。

第2の違いは、シリコンウエハ自体にp-n接合を形成するのではなく、ウエハの両面にアモルファス・シリコンの層を作り、これでp-n接合を形成している点です。アモルファス・シリコンは、薄膜型シリコン太陽電池で使われている製造方法です。このアモルファス層形成は、200度程度という低温で行うことができ、高温処理によるシリコン結晶の劣化を回避できるという利点があります。

実はかつて三洋電機は、アモルファスを使った薄膜型シリコン太陽電池の開発を手がけていました。しかし薄膜型シリコン太陽電池の変換効率の向上が難航する中、高効率な太陽電池の市場ニーズに応えるために、結晶型シリコン太陽電池の開発に路線を切り替えたという経緯があります。この際三洋電機は、他社も製造している一般的な結晶型シリコン太陽電池ではなく、薄膜型シリコン太陽電池で得たアモルファス・シリコンのノウハウを生かして、現在のHIT太陽電池を開発したのです。

第3の違いは、HIT太陽電池は、表と裏の両側が対称的な構造をしているということです。この利点については後述します。

HIT太陽電池の特長

構造の違いがわかったところで、次は一般的な多結晶型シリコン太陽電池と比較したHIT太陽電池の特長についてまとめましょう。

変換効率が高い

多くのユーザーが注目するHIT太陽電池の特長は、何といっても変換効率が高いことです。別稿「［製品比較］太陽光発電モジュール」にあるとおり、多結晶型モジュールの変換効率が高くても14％程度であるのに対し、三洋電機のHIT太陽電池モジュールの変換効率は、高いもので17％に達しています。

この違いは、単結晶シリコンウエハにアモルファス・シリコン層を積層しているというHIT太陽電池の構造に由来しています。ベースとなる多結晶シリコンウエハ自体に高温でn層を拡散するという一般的な多結晶型シリコン太陽電池の製造方法では、どうしても接合面の接合特性が低下します。これに対しHIT太陽電池では、アモルファス層を追加するという方法により接合面の特性を向上できることから、セル表面での発電ロスが抑えられます。

三洋電機の発表によれば、接合特性をさらに向上させ、またセル表面にミクロン・レベルの小さな凹凸を付けることで光を閉じ込め、より多くの光エネルギーを吸収できるようにすることで、研究レベルではありますが、22％という非常に高いセル変換効率を実現したとのことです。

• HIT太陽電池セルで世界最高の変換効率22.0％を達成（三洋電機のニュースリリース）

高温時の出力低下が少ない

結晶型シリコン太陽電池は、薄膜型シリコン太陽電池と比較すると、高温時の出力低下が大きいといわれます。屋根に置かれる発電モジュールは、夏の炎天下では80度近くにまで達することがあります。普通に考えると、炎天下のほうが太陽のエネルギーが強く、たくさん発電できるような気がしますが、高温になると結晶型シリコン太陽電池モジュールの変換効率が落ちるため、むしろ発電量が減ってしまう場合があります。これに対しHIT太陽電池は、結晶型と薄膜型シリコン太陽電池の特性を兼ね備えていることから、通常の結晶型シリコン太陽電池と比較すると、高温時の出力低下が少ないという特長があります。三洋電機の説明では、ピーク時で10％程度、出力に差が出るそうです。特に高温状態が続く地方では、年間を通してみればかなりの発電量差になる可能性があります。

セルの薄型化が容易／両面発電モジュールが可能

これらはエンドユーザーに直接関係するメリットではありませんが、HIT太陽電池は、一般的な結晶型シリコン太陽電池と比較すると、薄型化が容易といわれています。通常の結晶型シリコン太陽電池は、高温（～900度）での熱拡散処理が必要であり、ウエハを薄くすると、各層の材料の熱応力の違いによって、セル全体が反ってしまうという問題があります。この点HIT太陽電池は、低温（200度程度）で処理すること、両面が対称の構造をしていることから、ウエハを薄くしてもセルが反りにくいという特長があります。セルの薄型化が進めば、より少ない原料でセルを製造でき、低コスト化につなげることができるでしょう。

また両面が対称であることから、表面だけでなく、裏面からの光でも発電できる、両面入射型の太陽電池を作れるという特長もあります。一般的な住宅用途ではありませんが、例えば道路の防音壁で太陽光発電をするような場合、両面で発電できれば、日が傾いて、一面だけでは発電できなくなるような場所でも、裏面に当たる日射で発電できるなどの利点があります。