【環境】太陽光発電の知識①モジュールの種類 | モンちゃんのブログ

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不耕起栽培の田んぼでお米を作りホタルを増やしたり、自然農法の畑で作物を作ってます。千葉県環境学習指導員の認定を受け環境の体験学習や講演等をしてます。環境社会検定保有し、省エネ生活を実践中!blogは主に医療・食料・環境を中心に、様々なジャンルで更新してます。

太陽電池の種類とその特徴



現在、様々な種類の太陽電池が開発・商品化されている。住宅向けなどで主流になっているのはシリコンを使った太陽電池だが、より低コスト・長寿命の非シリコン型太陽電池の開発も進んでおり、参入メーカーも様々。
種類別に太陽電池の特徴や参入メーカーを記しました。 


単結晶シリコン 単結晶シリコン型(シャープ、三洋電機 サンテックパワー

もっとも古くから 使われている太陽電池。シリコン単結晶のウエハーを基盤に使用している。変換効率が最も高く、20%前後を達成しているが、シリコンの使用量が多いため高価である。近年では多結晶や薄膜型などに主流が移行しつつあり、そのシェアは2007年の36%から2014年には23%まで減少する見通し。 



多結晶シリコン型多結晶シリコン型(シャープ、京セラ、三菱電機

結晶系の太陽電池の一種で、シリコン単結晶インゴットの端材などを利用した多結晶シリコン(粒径数mm程度)から製造される。単結晶型よりもシリコン使用量が少ないため低コストだが、変換効率は単結晶型に多少劣る。三菱電機は2009年10月、表面にハニカム(ハチの巣)状の凹凸構造を形成することで、変換効率19.1%を達成している。
市場でのシェアは2007年現在52%と半分以上を占めるが、2014年には35%程度まで落ち込む見込み。 


薄膜シリコン型薄膜シリコン型(カネカ、シャープ、三洋電機、富士電機、三菱重工

シリコンの膜をガラス基板などに蒸着させて製造される太陽電池で、シリコン使用量は結晶型に比べて1/100程度。そのため、低コストで生産できるのが特徴だ。変換効率が7~10%と、結晶型に比べて劣るのが欠点だが、微結晶型シリコンセル(※)とアモルファスシリコンセルを組み合わせ、2層構造(=タンデム型)にすることで変換効率を向上させた製品もみられる。

また、太陽電池は、モジュール表面の温度が上がると出力が下がるという性質があるが、薄膜シリコン型は高温環境下でも出力が落ちにくく、特に温暖な地域を中心に、メガソーラー用途としても注目されている。
基板としてはガラスの他にステンレスやフィルムなどが用いられる。ガラス基板を使用すれば厚みが出るが安価で製造でき、ステンレスやフィルムの場合は形状を自由に変えられるという利点がある。例えば電卓に使用されている太陽電池は、この薄膜型 


化合物系
化合物系(シャープ、ソーラーフロンティア、ホンダソルテック) 
シリコンを使わない太陽電池のひとつ。銅、インジウム、セレン、ガリウムなどを使うCIS系が主流で、他にもGaAs(ヒ化ガリウム)単結晶やCd(カドミウム)化合物薄膜を用いるものもあるが、RoHS指令など化学物質規制強化の動きもあり、あまり広まっていない。主にアメリカやヨーロッパで、集光システムと組み合わせて使われることが多い。 
CIS/CIGS系では、昭和シェルソーラーが変換効率9%程度の製品を生産している。研究レベルでは、同社が15.7%、ホンダソルテックが19.2%を達成。 
シャープは、2009年10月、世界最高となる変換効率35.8%(研究レベル)を達成。数年後に宇宙用としての実用化を目指している。 



色素薄膜型色素薄膜型(アイシン精機、グンゼ・大日本印刷、シャープ、フジクラ

光を吸収して電子を放出する特長を持つ色素を利用した、色素増感型太陽電池。利用できる光の波長領域が広い、製造工程に真空条件を必要としないため製造コストが低い、などのメリットがある。また、色や形状の自由度が高い。色では、シアン・マゼンタ・黄色の3原色を使うことで、様々な色を作り出すことが可能。形状においても、好きな形に切り抜いて利用することができ、プラスチック基板では折り曲げることもできる。変換効率は5~10%前後。 


有機薄膜型有機薄膜型【開発段階】(大日本印刷、東レ、三菱化学、カネカ

導電性ポリマーやフラーレンなど、有機半導体を用いる太陽電池で、軽量・柔軟性に富むといった特徴から、様々な商品への応用の期待が高まっている。ただ、変換効率や耐久性が問題で、変換効率は現在5%程度となっている。東レや三菱化学などが、2010年をめどに実用化する方針。 


量子ドット型
量子ドット型【開発段階】(シャープ) 
10nm程度の微小な半導体の粒子(量子ドット)の中に電子が入っており、効率的に太陽光を電気に変換させる仕組みになっている太陽電池。理論上の最大変換効率は、シリコン型の30%程度に対し、60%になるとも言われている。量子ドットの大きさを変えることで、様々な波長の光を吸収することができる。

現在、シャープと東京大学が共同で研究を進めており、16%台を達成している。実用化は2020年頃になると予測されている。 

シャープは太陽光に社運をかけているので今後期待したいと思います。
特に量子ドット型が出来たら発電効率を考えるとすごい革命的になりますね。