太陽光発電の仕組み太陽光パネルの種類と変換効率
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太陽光発電の仕組み太陽光パネルの種類と変換効率

太陽光パネルは光起電力効果を応用して電気を作っており、現在実用化されている太陽光パネルにはシリコン系や化合物系の半導体が使われています。物質に光を当てることで起電力が発生する現象を光起電力効果といいます。この光起電力効果を応用して電気を作るのが太陽光パネルであり、現在実用化されている太陽光パネルにはシリコン系や化合物系の半導体が使われています。

単結晶・多結晶・薄膜系・CIS・CISG

太陽電池の仕組み

NEDO再生可能エネルギー技術白書より

  

図は一般的な太陽光パネルの仕組みを示しています。太陽光パネルはm型とD型の2種類の半導体を積み重ねて、その表裏に電極を設けた構造になっています。表側の電極は太陽光が良く当たるよう榴型になっていて、その下に太陽光の反射を抑えて効率的に光を取り込むための反射防止膜を設けています。m型シリコンとD型シリコンの接合面に光が当たると、マイナスの電荷をもった電子とプラスの電荷をもった正孔が発生し、電子はm型へ、正孔はD型へ引き寄せられます。その結果、電子を外部へ押し出す力(起電力)が生まれ、電極から電流として取り出すことができます。光を当てている間は、起電力が持続して次々に電子が押し出され、外部の電気回路に電力が供給され続けます。太陽光パネルを使用する材料で分類すると、シリコン系、化合物系、有機系の3つに分けられます。シリコン系は、現在商用化され市場に出回っている太陽光パネルのほとんどを占めており、単結晶、多結晶、薄膜の3種類があげられます。

太陽光パネルの種類

単結晶パネル

単結晶パネル

単結晶は変換効率が高いのが特徴で、変換効率20%を超える製品もあります。ただし、製法上コストが高いという問題があります。単結晶シリコン型の太陽光パネルは、産業用やメガソーラーといった発電事業用などに利用されており、国内のメーカーではシャープ三菱電機、パナソニックなどが製造しています。

多結晶パネル

多結晶パネル

多結晶は製造が容易で安価であるため、市場で最も多く使われています。ただし、単結晶に比べて変換効率が落ちるという欠点があります。多結晶シリコン型の太陽光パネルは、主に住宅用の発電に利用されており、京セラ、シャープ、三菱電機などが製造しています。しかしながら、最近は産業用太陽光システムに多く採用されており、世界的な規模で生産量が増え、研究もされたことにより、発電効率も高くなり数年前の単結晶パネル以上の発電効率が可能になりました。また、大量生産することにより、生産コストもさがりコストパフォーマンスの高い太陽光パネルです。

薄膜系パネル

薄膜系パネル

薄膜は基板上に極めて薄いシリコンの膜を作製するため、結晶系に比べてシリコンの使用量を1/100程度に削減でき、低コストでの生産が可能です。ただし、変換効率は単結晶の半分程度にとどまっています。薄膜シリコン太陽光パネルは、産業用や発電事業用などに利用されており、カネカなどが製造しています。

CIS太陽光パネル

CIS太陽光パネル

CIS太陽光パネルは、銅(Cu)、インジウム(I)、セレン(Se)の3種類の元素を組み合わせて生成された化合物半導体という薄膜を利用して発電する太陽光パネルで、それぞれの元素の頭文字を合わせてCIS太陽電池と呼ばれます。CIGS太陽光パネルは、銅(Cu)、インジウム(I)、ガリウム(G)、セレン(Se)の4種類の元素を原料として生成された化合物半導体によって発電する太陽光パネルです。ソーラーフロンティアなどが製造しています。CIS太陽光パネルのインジウムの一部をガリウム元素によって構成することにより、よりたくさんの光エネルギーを変換でき、曇りや影の場合にも強いとされている点がCIGS太陽光パネルの特徴です。化合物系のCIS太陽光パネルは量産化が始まったばかりですが、薄膜で省材料などの長所があり、将来は高い変換効率が期待できるため、注目されています。 有機糸の色素増感太陽光パネルや有機薄膜太陽光パネルは、大幅な低コスト化が見込まれており、研究開発が進められ、発電効率は年々よくなっております。

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