太陽光発電における「シリコン太陽電池」とは？

この記事では、太陽光発電におけるシリコン太陽電池の基本から最先端の技術までを、わかりやすく解説しています。
シリコン太陽電池がなぜ広く普及しているのか、その背景から、単結晶、多結晶、薄膜、そして多接合太陽電池までの各種類と特徴を詳しく紹介。
さらに、化合物系太陽電池との比較を通じて、太陽電池技術についても見ていきましょう。

太陽光発電の導入を検討している方は、ぜひ最後までご覧ください。

太陽光発電で使われる「シリコン太陽電池」とは？

シリコン太陽電池は、太陽光発電においてもっとも一般的に使用される技術の一つです。
これらの電池は、シリコンを主要な材料として使用し、太陽光を電気エネルギーに変換します。

シリコン太陽電池には、単結晶、多結晶、薄膜の3つの主要なタイプがあります。
単結晶シリコン太陽電池は、高い変換効率を持ち、とくに効率が重視される用途に適しているでしょう。
一方、多結晶シリコン太陽電池は、製造コストが低く、現在もっとも広く使用されています。
薄膜シリコン太陽電池は、より薄く、柔軟性があり、製造コストをさらに抑えられますが、変換効率はやや低めです。

シリコン太陽電池の普及の背景には、その信頼性、長寿命、および比較的高いエネルギー変換効率があります。
これらの特性により、シリコン太陽電池は住宅用から商業用、大規模な太陽光発電所に至るまで、さまざまな用途や規模の太陽光発電システムで採用されています。

シリコンが普及している背景

太陽光発電における「シリコン太陽電池」は、その高い変換効率とコストパフォーマンスにより、市場の大部分を占めています。
シリコン太陽電池は太陽電池市場の約9割を占めており、その普及の背景には、比較的低コストで高い変換効率を得られる点が挙げられます。

また、材料供給の安定性も重要な要因です。
経済産業省の報告によると、現在普及している太陽電池の95%以上がシリコン系であり、他の太陽電池技術と比較しても、コストや性能面で競争力があるとされています。

これらの要素が、シリコン太陽電池の普及を後押ししているのです。

シリコン系太陽電池の種類

シリコン系太陽電池は太陽光発電の核となる技術です。
ここからは、その種類と特徴を4つ見ていきましょう。

• 単結晶シリコン太陽電池
• 多結晶シリコン太陽電池
• 薄膜シリコン太陽電池
• 多接合太陽電池

シリコン系太陽電池がなぜ太陽光発電において重要なのか、その理由を詳しく解説していきます。

単結晶シリコン太陽電池

単結晶シリコン太陽電池は、太陽光発電の分野で広く使用されている技術の一つです。

1954年に開発されたこの技術は、高い変換効率、耐久性、信頼性を持つことで知られています。
市場シェアの約90％を占める単接合型結晶シリコン太陽電池セルは、その変換効率が理論限界値の29.4％に近づいています。
これは、ペロブスカイトとシリコンのタンデム型太陽電池の理論限界値43％に比べると低いものの、単結晶シリコン太陽電池はその高純度シリコンウェハーの使用により、安定した性能を提供しているからです。

しかし、原材料コストや製造工程の複雑さが短所として挙げられます。

これらの特性により、単結晶シリコン太陽電池は、とくに長期的な信頼性と効率が求められる用途に適しています。

多結晶シリコン太陽電池

多結晶シリコン太陽電池は、太陽光発電において広く使用される技術の一つです。

これらの太陽電池は、数ミリメートル程度の粒径を持つ多結晶シリコンを利用して製造されます。
多結晶シリコンは、単結晶シリコンの断片を溶解し、鋳型内で冷却するキャスト法によって作られているのです。
この製造方法は、単結晶シリコンのインゴットに必要な結晶成長工程と比較して、コストを大幅に削減できる利点があります。
多結晶シリコン太陽電池の特徴は、そのまだら模様の外観にも現れています。

これは、多数の単結晶シリコンの断片からなる原材料の特性によるものです。
太陽電池としての性能では、単結晶シリコン太陽電池に比べて変換効率は若干低いものの、製造コストの低さが大きなメリットとなっています。

薄膜シリコン太陽電池

シリコン系太陽電池の中でも、とくに注目されているのが「薄膜シリコン太陽電池」です。

この太陽電池は、その名の通り、非常に薄いシリコン層を使用しています。
その厚さは数マイクロメートルに過ぎず、これにより材料コストを大幅に削減できると同時に、軽量化も実現しているのです。
薄膜シリコン太陽電池は、柔軟性が高く、曲面にも適用可能なため、従来の太陽電池では難しかった場所への設置も可能になっています。
さらに、薄膜シリコン太陽電池は、製造プロセスが比較的簡単で、大量生産にも適している点が大きな利点です。
これにより、太陽光発電の普及を加速させる一因となっています。

ただし、エネルギー変換効率は単結晶や多結晶シリコン太陽電池に比べてやや低めですが、そのコストパフォーマンスの高さから、家庭用から商業用まで幅広い用途での利用が期待されています。

多接合太陽電池

多接合太陽電池は、太陽光発電の効率を高めるために開発された先進的な技術です。

この技術の特徴は、異なるエネルギーバンドギャップを持つ複数の太陽電池を重ね合わせることにより、幅広い波長域の太陽光を吸収し、変換効率を向上させる点にあります。
たとえば、カネカが開発した薄膜シリコンハイブリッド太陽電池は、この多接合技術を用いた一例です。
この技術により、従来の単一の太陽電池よりも高い変換効率が実現されています。

この技術の進展により、限られた面積での発電効率の最大化が可能になり、太陽光発電のさらなる普及と効率化に貢献することが期待されています。

化合物系太陽電池の種類

ここからは、太陽光発電の次世代を担う2つの化合物系太陽電池に焦点を当てます。

• 多元素化合物半導体を用いた太陽電池
• III-V族多接合太陽電池

太陽電池の未来を形作るこれらの技術について、その特徴と利点を深掘りしましょう。

多元素化合物半導体を用いた太陽電池

多元素化合物半導体を用いた太陽電池は、太陽光発電の分野で注目される技術の一つです。
これらの太陽電池は、シリコンに代わる材料として、インジウムやガリウムなど複数の元素からなる化合物半導体を使用します。

これらの太陽電池は、人工衛星など特定の用途で利用されていますが、高い製造コストが普及の障壁となっているのです。
しかし、最近の研究開発により、コスト削減が進んでおり、将来的にはより広範な用途での利用が期待されています。

III-V族多接合太陽電池

太陽光発電の分野で注目されているのが、III-V族多接合太陽電池です。
この技術は、太陽光の広範囲な波長を効率良く利用することが可能で、現在の太陽電池の中でもっとも高い変換効率を誇ります。
具体的には、III-V族元素（たとえばガリウム（Ga）やヒ素（As））を用いた化合物半導体で構成され、異なるバンドギャップを持つ複数の半導体層を積層することで、太陽光の幅広いスペクトルを捉えているのです。

この技術の最大の特徴は、その驚異的な変換効率にあります。
たとえば、III-V族多接合太陽電池は、集光下で46.1%の変換効率を達成しており、今後50%を超える可能性もあるとされています。
これは他の太陽電池技術と比較しても顕著に高い数値です。

ただし、この技術の課題はコストです。
高い変換効率を持つ一方で、製造コストが高く、一般的な市場への普及はまだ限られています。

しかし、その高効率と将来性から、宇宙産業や特定の専門分野での利用が進んでおり、今後の技術開発とコスト削減によって、より広範な応用が期待されています。

太陽光発電の未来を担うシリコン太陽電池

今回は、太陽光発電における「シリコン太陽電池」について詳しくまとめました。
シリコン太陽電池の普及背景、さまざまなタイプのシリコン系太陽電池（単結晶、多結晶、薄膜、多接合）と化合物系太陽電池（多元素化合物半導体、III-V族多接合）の特徴がわかってもらえたかと思います。

太陽光発電技術の中心こそが「シリコン太陽電池」であり、その多様な形態が太陽エネルギーの利用効率と応用範囲を大きく広げています。
単結晶から多結晶、さらには薄膜や多接合太陽電池に至るまで、各々が独自の強みを持ち、太陽光発電の効率化とコスト削減に貢献しているのです。
この記事が、持続可能なエネルギー源としての太陽光の重要性を再認識する一助となれば幸いです。

太陽光資材ならKUIYAにお任せください！

KUIYAでは、日本国内基準の検品を実施したうえでメーカーならではの直販価格で販売していることです急なご要望に応えられるように豊富な国内在庫を有し独自の配送網を構築しているため、日本全国へ最短で翌日に出荷できます。また、10年保証もついておりますので、ぜひご相談ください。

【その他商品】
太陽光架台はこちら＞＞
太陽光資材はこちら＞＞
太陽光フェンスはこちら＞＞
太陽光スクリュー杭こちら＞＞