太陽電池の変換効率はどこまで高められる？

太陽光発電のさらなる普及に向けて、太陽電池の「変換効率」を高める技術開発が世界中で進められています。

変換効率とは、太陽電池に当たった太陽光エネルギーのうち、どの程度を電気エネルギーに変換できるかを示す数値です。

変換効率が高いほど、限られた設置面積からより多くの電力を得られるため、住宅や工場、商業施設など、設置スペースに制約がある場所では特に重要な指標となります。

こうした中、LONGiが独自開発した結晶シリコン・ペロブスカイトタンデム太陽電池が、変換効率35.5％を達成しました。

本成果は、欧州の太陽電池評価機関ESTIによって認証され、同技術における世界最高記録を再び更新するものです。

現在広く普及している結晶シリコン太陽電池は、一つの発電層によって太陽光を電気に変換する単接合型の太陽電池です。

一方、タンデム太陽電池は、異なる特性を持つ複数の発電層を重ねた構造を採用しています。

結晶シリコンとペロブスカイトでは、吸収しやすい光の波長が異なります。上層のペロブスカイト層と下層の結晶シリコン層が、それぞれ異なる波長域の光を活用することで、太陽光をより効率的に電気へ変換することができます。

単接合太陽電池には、Shockley–Queisser限界と呼ばれる理論上の変換効率限界があり、その数値は約33.7％とされています。

これに対し、結晶シリコン・ペロブスカイトタンデム太陽電池の理論限界効率は最大43％とされており、次世代の超高効率太陽電池技術として期待されています。

（ペロブスカイト シリコン タンデム太陽電池 構造図）

LONGiのタンデム太陽電池研究開発チームは、継続的な技術革新によって、変換効率を着実に向上させてきました。

2023年11月には33.9％、2024年6月には34.6％を達成しました。

その後も研究開発を加速させ、34.85％、35.2％と相次いで記録を更新。今回、さらに変換効率を35.5％まで引き上げました。

短期間で継続的に世界最高水準の成果を生み出していることは、LONGi中央研究院における材料、セル構造、界面制御、製造プロセスなどの総合的な研究開発力を示しています。

太陽電池の研究では、小さな面積のセルで高い変換効率を実現するだけでなく、実際の製造や製品化に近い大きさへ拡大することが重要です。

セルの面積が大きくなると、膜厚の均一性や材料の塗布、電流の収集、製造工程の安定性など、さまざまな技術課題が生じます。

LONGiは、産業化に近いサイズのタンデムセルでも高い変換効率を達成しています。

・261cm²のセル：34.3％
・274cm²のセル：32.2％

さらに、セルを組み合わせたタンデムモジュールにおいても、31.4％および29.4％の変換効率を達成しました。

これらの成果は国際的な第三者機関によって認証され、太陽電池変換効率に関する国際的な効率テーブルにも掲載されています。

小面積セルの世界記録に加え、大面積セルやモジュールでも高効率化が進んでいることは、タンデム技術が研究段階から将来の産業化へと近づいていることを示しています。

太陽電池の変換効率が向上すると、同じ設置面積でも、より多くの電力を発電できるようになります。

これは、屋根面積が限られている住宅や工場、物流倉庫、商業施設などにおいて、大きなメリットとなります。

また、発電設備全体で考えた場合、必要なモジュール枚数や架台、ケーブルなどの周辺設備を削減できる可能性があります。

土地や施工にかかるコストの低減、設備の高密度化、発電量の最大化という観点からも、高効率太陽電池は今後の太陽光発電市場における重要な技術となります。

LONGiは、「一世代を量産し、一世代を開発し、一世代を研究・蓄積する」という段階的な研究開発体制を構築しています。

現在の市場に提供する量産技術の改善に加え、次に量産化を目指す技術、さらにその先を見据えた次世代技術の研究を並行して進めています。

今回の35.5％という記録は、単なる研究上の数値ではありません。

将来、限られた面積からより多くの再生可能エネルギーを生み出し、太陽光発電の可能性をさらに広げるための重要な一歩です。

LONGiは今後も、太陽電池技術の高効率化と量産化に向けた研究開発を推進し、世界のエネルギー転換とカーボンニュートラルの実現に貢献してまいります。