太陽電池の種類|違いや特徴をわかりやすく解説!

基礎知識
カーミラ
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太陽光電池って素材や製造方法によって種類がたくさんあるんだ!

コストや発電効率などメリットデメリットがあるから、それぞれ特性をしっかりと把握して選ばないとなんだよ!

セクメト
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そうね!それじゃ、今回は太陽光電池の種類やそれぞれの特徴などご紹介するわね♪

太陽電池の種類とは?

カーミラ
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太陽光電池には種類があるよ!いろんな太陽光電池を比較して、それぞれの特徴を理解して選ぶようにしてね!

セクメト
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太陽光電池は用いられる材料でこのように3つにわけられるわ!

 

  • シリコン系~太陽光電池として最も広く用いられる
  • 化合物系~最近量産され始めた
  • 有機系~現在開発中だが、将来を期待される
カーミラ
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太陽電池の材料としてシリコンが一番好まれて使われているんだ!

現在、住宅用の太陽光発電で最も広く使われているのだ結晶シリコン太陽電池です。

その理由は、性能や価格の点での長所があるからです。

  • 条件次第ですが、電気を通す性質の半導体としての性質を持つ
  • 50年以上の歴史があり使用実績が豊富(半導体としての電子回路の材料として)
  • 電気を効率よく通す方法が研究されている
  • シリコンの埋蔵量が地球の地殻の中で第2位(豊富にある)

太陽光電池の違いや特徴

セクメト
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これらを踏まえてもっと詳しくご紹介するわね♪

それぞれ特徴があって、最適な用途も違うのよ!

カーミラ
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4種類のシリコン太陽電池、化合物系太陽電池、有機系太陽電池、量子ドット太陽電池でそれぞれ紹介していくよ!

シリコン系太陽電池

セクメト
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こちらは現在、国内外で販売されている太陽電池なのよ!

4種類あるから違いをチェックして!

単結晶シリコン太陽電池

単結晶シリコン太陽電池は、変換効率の高さが魅力的です。

  • 長所~多結晶と比較して発電効率が高く、曇りや雨の日でも発電するので日照条件が悪い場所でも一定の発電力が期待できます。
  • 短所~多結晶と比べ価格が高い

単結晶シリコンを使用した太陽電池は太陽電池の技術の中で最も古くから存在しています。

1960年代開発当初の発電効率が6%ほどに対し、現在は13%を超えるものが多くなっています。さらに高性能単結晶シリコンを使用した太陽電池では約20%になる商品もあります。

単結晶シリコンを使用した製品は多く流通しており、Panasonicや東芝などの国内外を問わず数多くのメーカーが使用しています。

カーミラ
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色んなメーカーから数多く流通してるから、種類が選べて嬉しいよね!

そして、発電効率が高いので限られた面積で効率よく発電出来ます。

多結晶シリコン太陽電池

単結晶に比べお手頃価格が嬉しい多結晶シリコン太陽電池です。

現在もっとも多く設置されている太陽電池になります。

  • 長所~加工がしやすいので大量生産もしやすいためお手頃価格
  • 短所~変換効率が単結晶シリコンより低い
セクメト
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なんと、住宅用の太陽光発電の9割を多結晶シリコンが占めているほど人気があるのよ~♬

人気がある多結晶シリコン太陽電池ですが、単結晶シリコンと比較すると、面積当たりの発電効力が劣ってしまうので、初期費用の回収期間、売電に至るまでは時間がかかります。

多結晶シリコンは、シャープ、京セラが大きなシェアを占めています。

それぞれ独自の品質管理試験を行っているので、信頼性にも定評があるのが特徴です。

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薄膜シリコン太陽電池(アモルファスシリコン太陽電池)

カーミラ
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薄膜シリコン太陽電池はアモルファスシリコンや微結晶シリコンとも呼ばれるよ!

こちらは結晶シリコンの1/100ほどの薄いシリコン膜を使用した太陽電池になり、大量生産がしやすく軽量ですが、変換効率がやや劣ります。

  • 長所~加工がしやすいので大量生産ができ低価格、温度変化にも強いのでどの季節でも安定した発電が予測される
  • 短所~多結晶シリコンより変換効率が低い

薄膜シリコン太陽電池はその名の通り、単結晶シリコン、多結晶シリコンより薄いという特徴があります。

セクメト
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液晶ディスプレイやシート状のフレキシブルソーラーパネルにも応用することが出来るのよ!

薄膜シリコン太陽電池は発電効率9%ほどで、他のシリコンより劣るものの、製造がしやすい、軽量で熱に強い、ガラスやステンレスに貼り付けるなどして製造できるという扱いやすさが魅力です。

長期的に見て薄膜シリコン太陽電池は発電効率の低下というデメリットがあるので、それを克服するために多結晶シリコンよりももっと細かい「微結晶シリコン」を併用しているのが一般的です。

カーミラ
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薄膜シリコン太陽電池は国内で言うと「カネカ」、国外メーカーでは台湾のNexPower Technologyがアモルファスシリコンを扱っているよ!

多接合太陽電池(ヘテロ接合太陽電池、HIT太陽電池)

こちらは薄膜シリコン太陽電池の技術を応用したタイプになります。薄膜シリコンを複層化し発電効率を上げることを目指して研究が進められています。

今現在開発が進められている太陽電池はこちら

微結晶タンデム型アモルファスシリコン太陽電池:水素を含むアモルファスシリコン(a-Si:H)と微結晶シリコン(μc-Si)と組み合わせた太陽電池
セクメト
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シリコンの使用量を抑えることが出来るから、省資源、省エネルギーで製造することが出来るのよ!

HIT太陽電池はPanasonicが温度特性、発電量共に業界トップクラスで、海外メーカーだとNexPower Technologyが微結晶タンデム型アモルファスシリコンを扱っています。

化合物系太陽電池

カーミラ
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現在流通しているのは2種類だよ!

それぞれご紹介するね!

CI(G)S系太陽電池

セクメト
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こちらは次世代の太陽光電池として今後の開発が期待されているのよ♪

CI(G)S系太陽電池は変換効率が比較的高くて、少量の材料で生産が可能になり、温度変化に強いという特徴があります。

  • 長所~少ない資源で多結晶シリコンに次ぐ性能があり、量産性、デザイン性が優れ、低価格が実現できると予想される
  • 短所:現在の状況では変換効率が多結晶シリコン太陽電池に2割ほど及ばない
カーミラ
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CI(G)S系太陽電池は細かく言うと、CI(G)S系太陽電池は「CIS太陽電池」「CIGS太陽電池」があるよ!

「CIS太陽電池」は銅(Cu)、インジウム(I)、セレン(Se)を主原料にした半導体で、低コストの原料ながらも発電効率12%ほどなので、実用性に優れていると言われています。

さらに、影になってもシリコン系と比較して発電効率が低下しにくく、直射日光が当たっても瞬間的な出力増加もみられるので、夏場などの運用に強いと言う特徴があります。

「CIGS太陽電池」は、上記にガリウム(Ga)を加えたもので、より効率的に発電することが可能になっています。

セクメト
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CIS太陽電池はソーラーフロンティアのモジュールで使用されているのよ!

Ⅲ-V族多接合太陽電池(GaAs族太陽電池など)

カーミラ
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Ⅲ-V族多接合太陽電池で代表的なのが「GaAs系太陽電池」だよ!

これは主に宇宙で使う時に使われているよ!

Ⅲ-V族多接合太陽電池は集光すると40%以上の発電効率を発揮する超高性能太陽電池です。

体表的な「GaAs系太陽電池」は単接合型の中でトップクラスの発電効率になります。

発電効率が高いだけでなく、耐放射線性があるので宇宙開発に使われたり、高温の環境でも出力低下が少ないので、直射日光が多い地域などに用いられます。

セクメト
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凄い性能ですわね♬

でも、製造過程で毒性の強いカドミウムを使用するので、日本国内で扱ってい得るメーカーはソーラーフロンティアのみなのよ~。

1984年にPanasonic(旧松下電器)が世界に先んじて民間での製品化を果たしたのですが、環境対策、安全性に配慮し現在は取り扱いがありません。

CdTe太陽電池

こちらは毒性の強いカドミウムを使用しますが、製造時に使うエネルギーが少なく、環境的に良いと言われている太陽電池となります。

カーミラ
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まぁ、日本では販売していないんだけどね~。

欧米などでは価格が安いのもあって大規模な発電所で利用され始めているんだって!

有機系太陽電池

セクメト
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こちらは2種類あるわよ!

色素増感太陽電池

製造が容易にでき、カラフルなものが作れるタイプで、低価格が実現可能と期待されています。

現在はまだ、寿命や変換効率が及第点とは言えず、あと一歩で実用化という水準まで開発が進んでいます。

有機薄膜太陽電池

こちらは今世紀に入ってから開発が本格化した新しい太陽電池です。

常温で塗布するだけで製造が可能で、カラフルで軽量なものが造れると期待されています。

カーミラ
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カラフルな太陽光発電って、いまいち想像できないけど、色んな可能性が広がるよね!今後に期待♪

量子ドット太陽電池

こちらは量子効果を利用し性能を上げる技術を使った太陽電池になります。

セクメト
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こちらはまだまだ基礎の段階までしか研究が進んでいないのよ~。
これも今後に期待だわね♪

太陽電池の種類 まとめ

カーミラ
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たくさんの種類の太陽電池があったけど、どれも少しづつではあるけど改良されているよ!

これから期待できる種類もあるしね♪

セクメト
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そうね!今後が楽しみだけど、今はやはりシリコン太陽電池が主流だから、シリコン太陽電池の特徴をおさらいするわよ!

シリコン太陽電池の長所

  • 条件次第ですが、電気を通す性質の半導体としての性質を持つ
  • 50年以上の歴史があり使用実績が豊富(半導体としての電子回路の材料として)
  • 電気を効率よく通す方法が研究されている
  • シリコンの埋蔵量が地球の地殻の中で第2位(豊富にある)

シリコン太陽電池の種類もありますので、それぞれの特徴を把握して導入する太陽電池を選びましょう!

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