太陽電池市場の有望技術「新ハイブリッド」型太陽電池

加速する太陽電池の普及

私たちがこれから築き上げていかなければならない低炭素社会において、化石燃料に代わるエネルギー源として期待されているのが太陽電池です。ほとんど無限に等しい太陽光エネルギーを使った発電は、環境に配慮した持続可能な社会の象徴として大きな注目を集めています。2007年の太陽電池生産量は、日本は911MW＊、世界全体では、約4000MWに達しています。2003年以降は年率30%～50%の急激な伸び率を示し、それは今後も続くと予想されています。とくに、多くの国で太陽電池導入に優遇措置がとられている欧州では、その伸びはめざましく、2007年には、これまでトップを走ってきた日本の生産量を追い抜きました。(＊出典：PV Report 2008）

日本でも太陽光発電の導入量を大幅に増やすとの方針の下、2009年から、家庭用太陽光発電の設置に関わる補助金が復活しました。また、都道府県や市区町村から助成が受けられる場合もあり、東京都杉並区を例にとると、1kWあたり60～70万円といわれる設置費用のうち、国7万円、都10万円、区5万円、合計22万円の補助金を受け取ることができるのです。

こうした太陽電池市場の規模拡大が期待される中、株式会社カネカは、社をあげて太陽電池開発に力を注ぎ、独自の技術を盛り込んだ「新ハイブリッド」太陽電池モジュールの開発に成功しました。これは、「アモルファス」と「薄膜多結晶」という太陽電池の2つの代表的な技術を高いレベルで融合させたものです。

太陽電池の生産量（出典：PV Report 2008）

「新ハイブリッド」型太陽電池のパネル

NEDOとともに歩んだ太陽電池開発

太陽電池に使われる材料には大きく分けて2つ、アモルファスシリコンと薄膜多結晶シリコン＊があります。アモルファスシリコンは波長の短い青い光（300～600nm）を、薄膜多結晶シリコンは波長の長い赤色の光（600～1100 nm）を効率よく吸収します。

有効な波長域や使用条件が異なるこの2つの長所を生かすために開発されたのが、アモルファスと薄膜多結晶を積み重ねたタンデム型の太陽電池です。カネカの「新ハイブリッド」型太陽電池は、さらにこの2層の間に透明中間層をはさみ込むことで、単に積み重ねただけのタンデム型を上回る変換効率を達成したので す。

太陽光の波長ごとの吸収効率。
アモルファス（青線）は短い波長の光を、薄膜多結晶（赤線）は長い波長の光をよく吸収する。（資料提供：株式会社カネカ）

「正攻法」で「新ハイブリッド」型太陽電池が誕生

「新ハイブリッド」型太陽電池が市場に出るまでには、2つのブレイクスルーがありました。1つは研究段階における透明中間層の発見、もう1つは生産段階における生産設備の自社開発です。

太陽電池で最も重要な性能は、太陽光エネルギーをどれだけ電気に変換できるかという「変換効率」です。変換効率を高めるため、幾つかの太陽電池メーカーは、アモルファスと、薄膜多結晶の長所を兼ね備えたタンデム型の開発を目指しました。

そんなとき、福田さんらが提案したのが、透明中間層を用いる手法です。通常、太陽電池はシリコン膜が厚いほど変換効率が高くなります。厚いほどシリコンが太陽光を吸収する確率が高まるからです。一方、透明中間層をはさみ込むと幅広い波長領域から効率よく光を取り込むことが可能となり、シリコン膜を厚くしなくてもアモルファスと薄膜多結晶を単に積み重ねたものより、高い変換効率が得られたのです。

この場合、生産工程も増えるため、生産効率の点からは、一見、逆のコンセプトのように思えます。透明中間層が有効な理由や素材については、福田氏は「すべてノウハウ」と言いますが、「光学的には全くまともな考えによるもの」とのこと。また、もう1つの生産設備の自社開発でも、一見、逆の発想に思えるけどじつは正攻法、というアイデアがありました（＜ブレークスルー　この技術にフォーカス＞を参照）。こうした2つの「正攻法」により、「新ハイブリッド」型太陽電池が完成したのです。

研究を振り返る福田さん

カネカ「新ハイブリッド」型太陽電池の断面図。
透明中間層をはさむことによって光を閉じ込め、太陽光の変換効率を高めている。