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太陽光発電システムの中核をなすのが太陽電池です。

一見するとどれも同じように見えますが、素材の違いで様々な種類があります。大きく分けると、シリコン系と化合物系の2種類があり、さらに、シリコン系には、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、アモルファス型などがあります。また、次世代の低コスト太陽電池として実用化が期待されている、有機系とよばれるタイプもあります。それぞれに個性と特長があるので、太陽光発電システムを導入する際に、どのタイプの太陽電池を選ぶかで迷われる方も多いと思います。

今回は、こうした素材の違いによる太陽電池の特長についてのお話です。

それぞれの特長を知る前に、太陽電池について少しおさらいしておきましょう。

太陽電池とは、太陽光のエネルギーを電気に変換する機器です。通常、電池という場合、乾電池や蓄電池のように電気を発生したり蓄えたりするものをイメージしますが、太陽電池は電気を蓄えることはありません。太陽電池は、光を即座に電気に変換して出力する発電機だと考えればわかりやすいでしょう。

太陽光発電システムでは、「セル」とよばれる小さな太陽電池をたくさん並べて接続した、ソーラーパネル（太陽電池モジュール）を使って発電を行います。その際、1枚のパネルからなるべく多くの電気を取り出すことが重要になります。

太陽電池の性能を表し、太陽光発電システムを導入する際に大きな検討ポイントになる、「変換効率」という数値があります。光エネルギーを電気エネルギーに変換する割合のことで、1000Wを100%として、1㎡あたりの発電量をパーセントで表しています。例えば変換効率が15%のソーラーパネルの場合、1㎡あたり最大150W発電できます。変換効率が高いほど、小さな面積で大きな電力を取り出すことができるわけです。

それでは、素材の違いによるソーラーパネルを見ていきましょう。使われている素材によって、さきほどの変換効率にも違いがあります。

家庭用のソーラーパネルには、半導体の原料にもなるシリコンを使ったシリコン系と、複数の元素を組み合わせる化合物系の2種類があります。シリコン系太陽電池には、結晶シリコンといわれる単結晶シリコン型や多結晶シリコン型を中心に、アモルファスシリコン型、ハイブリッド型などのタイプがあり、それぞれに特長があります。

単結晶シリコン型は、セルが薄くスライスされた単結晶のシリコンで作られています。もっとも古くからあるタイプで、変換効率などの性能も高く信頼性にすぐれています。ただし、高純度のシリコンを使うこともあり、価格が高くなりがちです。多結晶シリコン型は、いくつもの小さな結晶が集まった状態でセルが構成されています。単結晶シリコン型の低価格化、量産化を目指して作られたもので、性能的には単結晶型よりも劣るといわれていました。しかし、近年は、単結晶シリコン型の性能に近いものも登場しています。生産性が高く、性能とコストとのバランスがよいので、現在では太陽電池の主流となっています。

単結晶シリコン型、多結晶シリコン型といったシリコンの原子が規則正しく並んでいる結晶シリコンに対し、原子が不規則な状態になったアモルファスシリコンを使ったタイプもあります。電卓などに昔からよく使われていて、よく見かける一般的な太陽電池です。変換効率が結晶シリコンと比べると高くないため、家庭用のソーラーパネルではあまり見かけませんが、温度特性がよいという利点があります。結晶シリコンを用いた太陽電池では、太陽光があたり温度が上昇すると発電量が落ちる傾向にありますが、アモルファスシリコン型の場合は、温度が上昇しても変換効率が落ちにくいという特性があります。こうした温度特性のよさと大量生産による価格の安さが、アモルファスシリコン型の特長です。

さらに、結晶シリコンとアモルファスシリコンを重ね合わせた、ハイブリッド型(HIT型)とよばれる太陽電池があります。ハイブリット型は、結晶シリコンの変換効率の高さ、アモルファスシリコンの温度特性のよさ、これら両方の特長を併せ持っています。

シリコンは電子機器に欠かせない半導体の原料です。世界的な半導体需要の高まりもあり、近年、シリコンを使わない化合物系といわれる太陽電池が注目されています。複数の元素を組み合わせることで、シリコンと同じような性質を実現しています。中には、極めて高い変換効率を実現した宇宙用の太陽電池もあります。

化合物系には、組み合わせる元素によって多くの種類があります。家庭用では、銅（Cu）、インジウム（In）、セレン（Se）を組み合わせたCIS型や、銅（Cu）、インジウム（In）、ガリウム（Ga）、セレン（Se）を組み合わせたCIGS型のソーラーパネルがすでに商品化されています。

変換効率は、シリコン系の太陽電池と比べると劣るとされていますが、温度特性がよいことや、光に対する感度が高いため様々な光を吸収できることなどもあり、年間を通じた総発電量ではシリコン系を上回るケースもあるようです。影がかかっても電力が急激に減少することなく安定した発電を続けるなど、多くの特長を備えています。

化合物系の太陽電池は、ようやく実用化が始まったばかりです。材料の組み合わせや製造法などのバリエーションが豊富なため、さらなる研究開発による進化が期待されています。

太陽電池は、様々な素材や構造によって、「変換効率」や「温度特性」などに違いがあることをお話してきました。太陽光発電システムでは、十分な発電量が得られるよう、屋根の形状や向き（日当たり具合）、広さに合ったソーラーパネルの組み合わせを考えなければなりません。その際、今回お話した知識があれば、例えば「取り付け場所が狭いので、有効な電力量確保のためには、より変換効率が高いタイプを」といった判断が可能になります。

価格やデザイン、メンテナンスなどのサービスは大事なポイントですが、素材の違いによる個性や特長がわかれば、異なる視点からも検討することができます。