教えて!太陽光発電

発電セルのタイプ。主流は歴史ある結晶型

ひと口に発電モジュールといっても、作り方や使う原料などによって、いくつかの種類がある。セルのタイプというのはそのことじゃ。「セル」というのは、モジュールを構成する1つの部品じゃったな。ちょっと難しい話になるが、タイプによって特徴がけっこう違うから説明するぞ。

はいっ！ がんばります！

現在、住宅用として販売されているセルの作りを分類すると次のようになる。

まずは結晶型じゃ。これはシリコンという原料を溶かして、原子の結晶構造をできるだけきれいに並べながら冷やして固めたものを、薄く切ってセルにしたものじゃ。

原子の結晶構造？　きれいに並べる？

太陽光発電ができるセルを作るには、シリコンという眼には見えない小さな原子をできるだけ規則正しく並べる必要がある。簡単にいえば、この配列が規則正しいほど、さっき説明した変換効率を高くできるんじゃ。

博士、ね、眠くなってきちゃいました……。

しっかりするんじゃ！ この結晶の作り方が2種類あってな、1つがより規則正しい配列にする「単結晶型」、単結晶ほどではないが、ある程度規則正しい配列にするのが「多結晶型」じゃ。原料は同じシリコンじゃが、単結晶と多結晶では作り方が違う。単結晶を作る費用は多結晶よりも高い。その代わり、単結晶で作ったセルは多結晶よりもシリコン原子の配列が規則正しく、変換効率が高いんじゃ。

結晶には値段は高いけど品質がよりいいものと、値段はそこそこだけど品質もまあまあというものがあるってことですか？

よしよし、そういうことじゃ。図に示したとおり、ほとんどのメーカーの製品は、多結晶シリコンを使っている。次は多結晶型のセルの写真じゃ。青い部分に模様が入っとるじゃろう。この模様は多結晶型シリコンの特徴じゃ。

一方、住宅向けで単結晶シリコンを使っているのはサンテックパワーと三洋電機じゃ。

そうですね。でも三洋電機のほうは、ただの単結晶型じゃなくて、HIT型ってなってますね。これは何ですか？

HITというのは、三洋電機の独自技術の名前じゃ。単結晶をベースに、さらに特殊な処理を加えることで変換効率を高めておる。HITは英語の略なんじゃが、難しいのでここではあえていわない。HIT型は、量産レベルとしては世界最高水準の変換効率を誇っている。モジュールの変換効率は三洋のHIT太陽電池で16.4～17％なのに対して、ほかの多結晶シリコンを使ったモジュールの変換効率は12～14％程度じゃ。まあその分、値段は少々高くなるようだがの。ほれ、これがHIT型セルの写真じゃ。上の多結晶セルに比べると、模様も見えないし、色も黒っぽいな。

ふうん。三洋電機のHIT太陽電池は、値段が高いけど変換効率も高いということか。ところで、多結晶型の製品を売るメーカーが多いようですが、これらはどれもあまり違いはないんですか？

同じ多結晶型でも、メーカーごとに、独自の表面加工や電極の付け方などを工夫して、変換効率を高めたりしておる。

えーと、単結晶ほどではないにせよ、同じ多結晶型でも、メーカーによって変換効率に差があるってことですね！

そのとおり。まあいずれにせよ、現在市販されている住宅向けの太陽電池は、ほとんどがこの単結晶型か多結晶型のいずれかじゃな。

これから期待の薄膜型

ほとんどが結晶型なら、「薄膜型」なんて知らなくてもいいんじゃないですか？

それがそうはいかんのじゃなぁ。以前、薄膜型は結晶型に比べると変換効率が低く、あまり大きな面積がとれない住宅用の発電モジュールとしては不向きとされてきた。しかし最近は、メーカーの努力によって、だいぶ改善されてきておる。まだ結晶型には及ばないものの、使い方によっては十分対抗できる場合もあるんじゃ。

うーん、そうですか。それじゃあ勉強しますか…。

ちょっと疲れてきたかな？ もうひとがんばりじゃ！　「セルの分類」の図にあるとおり、薄膜型は使う原料によって、シリコン薄膜と、化合物薄膜の2つがある。

原料が違うんですか。シリコンってのは結晶型と同じものですよね。

そう。ただし製造方法がまったく違う。結晶型は、シリコンを溶かして固めて、いったん塊（かたまり）にして、そこから薄い板状のウェハを切り出すわけじゃが、この過程で多くのシリコンが使われない端材（はざい）になったり、切りくずとしてゴミになってしまったりするんじゃ。木を製材すると端材やら、おがくずやらがでるじゃろ。あれと同じことじゃ。

無駄が多いってことですか。

そのとおり。薄膜シリコン太陽電池は、原料シリコンをできるだけ少なく、無駄なく使って、できるだけ安く太陽電池を作るために開発されたんじゃよ。薄膜シリコン太陽電池は、基盤となるガラス面にシリコンを含むガスを吹き付けて、非常に薄いシリコン層を作る。層の厚みは結晶型の100分の1ともいわれておるな。

ひゃ、100分の1ですか！？

そう。そして、シリコン以外の原料を使うのが化合物薄膜じゃ。比較的最近になって実用化が進んだもので、原料には銅（Cu）、インジウム（In）、ガリウム（Ga）、セレン（Se）という元素を組み合わせて使う。ガリウムを使うものと使わないものがあって、元素記号の頭文字をとって、CIS太陽電池／CIGS太陽電池と呼ばれておる。いずれも、ガラスなどの基盤に、シリコンではなくて、化合物の膜を作るというものじゃ。CIS太陽電池は昭和シェルソーラーが、CIGS太陽電池はホンダソルテックがそれぞれ住宅向けに販売しておる。たとえばこれは、ホンダソルテックが販売しているCIGS薄膜型モジュールじゃ。

うーん、難しい話はよく分かりませんが、薄膜型は、シリコン原料がほんの少ししか必要でなかったり、まったくいらなかったりするということですね。だとすると、値段もずいぶんお安くなるのかしら。もう結晶型の時代は終わりってこと？

そういう簡単な話ではないんじゃなぁ。さっきいったとおり、薄膜型の欠点は、結晶型に比べると変換効率が低いことじゃ。メーカーによっても違うが、おおよそ、モジュールの変換効率は10％前後じゃな。

あらあら、そうなんですか。

ただし、結晶型は高温に弱くて、高温になると変換効率が落ちる。対して薄膜型は、高温でも効率低下は小さいといわれる。じゃから暑い地方などでは、1年を通じてみれば、結晶型でも薄膜型でも、どちらも遜色なく発電できるという話を聞いたこともあるぞ。

うーん、何がなんだかわからなくなってきました。

そうじゃなぁ。じゃあここで、いままでの話を表にまとめてみよう。

セルタイプ	シリコン使用量	変換効率	高温時の発電効率
単結晶型	多い	◎	△
HIT型	多い	◎◎	△
多結晶型	多い	○	△
シリコン薄膜型	少ない	△	○
化合物薄膜型	使わない	△	○

セルタイプとモジュールの特徴

ふー。今日はいつになく内容が濃いですねぇ。しかも、まだ道半ばじゃないですか。肝心の値段の違いをまだ聞いていませんし。

そうじゃな。じゃがわしもちょっと疲れた。のどもからからじゃ。今日はこのへんで終わりにして、一緒にお茶でもどうかな？

いいですねー！ そうしましょう、そうしましょう！