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太陽電池(たいようでんち、Solar cell)は、光起電力効果を利用し、光エネルギーを直接電力に変換する電力機器である。光電池(こうでんち、ひかりでんち)とも呼ばれる。一般的な一次電池や二次電池のように電力を蓄えるのではなく、光起電力効果により、受けた光を即時に電力に変換して出力する。主流のシリコン太陽電池の他、様々な化合物半導体などを素材にしたものが実用化されている。色素増感型(有機太陽電池)と呼ばれる太陽電池も研究されている。

太陽電池(セル)を複数枚直並列接続して必要な電圧と電流を得られるようにしたパネル状の製品単体は太陽電池パネル又は太陽電池モジュールと呼ばれ、モジュールをさらに複数直並列接続して必要となる電力が得られるように設置したものは太陽電池アレイとなる。電源としての特徴などについては太陽光発電の項を参照されたい。

本項では太陽電池(セル)そのものについて述べる。

◆ 歴史

太陽電池の基本原理そのものは1839年フランスの物理学者アレクサンドル・エドモン・ベクレルによって最初に発見されていた。しかし実際に発電が可能となったのは1884年アメリカの発明家Charles Frittsによる、半導体性のセレンと極めて薄い金の膜とを接合したものである。これにより得られた変換効率は僅か1%ほどであった。この発明は後にセレン光電池として1960年代までカメラの露出計などに広く応用されていたが、シリコン型の普及とともに市場から去っていった。

電力機器としての太陽電池の先駆けは米国のベル研究所にて開発された単結晶シリコン型太陽電池で、1954年にM.B.Princeによって論文が発表されている。当時は Bell Solar Battery と呼ばれ、太陽光のエネルギーを電力に変換する効率は6%であった。当初は宇宙用が主な用途で、一次電池を用いた世界最初の人工衛星スプートニク1号が21日の寿命しかなかったのに対し、太陽電池を用いた最初の人工衛星ヴァンガード1号([外部リンク]http://www.nrl.navy.mil/content.php?P=VANGUARD)は6年以上動作し、その有用性を示している。その後無人灯台など徐々に用途を拡大し、日本でも1960年代に量産が開始された。しかし電源としての本格的な開発が始まったのは1974年の石油ショック以降である。生産量は1980年代初めは数MW分に過ぎなかったが、2004年現在では世界全体で約1.2GWにまで成長している。(参照:[外部リンク] 1977年からの生産量の推移 [外部リンク] 近年の生産量とシェア)。

変換効率については、2006年には変換効率40.7%の多接合型集光セルも開発されるなど、高性能化が進んでいる。一方で一般市場向けの製品では省資源化と低コスト化が進んでおり、市場が急拡大している。2000年から2006年まで、シャープが太陽電池製造量世界一であったが、住宅用太陽光発電への補助金廃止や市場の急拡大に伴うシリコンの供給不足に対応できなかったこともあり、2006年の太陽電池生産量は434MWから2007年は363MWに落とし、生産量はドイツQセルズ社がトップに立っている小笠原 啓、大西 孝弘「太陽電池の痛恨」『日経ビジネス』2008年2月18日号、p46-49。。メーカー別で見れば、2007年末の日系メーカーの太陽電池生産シェアは24.6%であり、世界一のシェアを誇っている。[外部リンク] 国別・企業別太陽電池生産シェア 2007年末時点 PV News.2008.3をもとに経済産業省で作成また近年中国や台湾の生産量が急激に増えている。

◆ 用途

太陽電池が電源として採用される主な理由として次のようなものが挙げられる。

・ 電池交換や給電線を不要とし、利便性向上やコスト削減を図る:電卓、腕時計、道路標識、庭園灯、街路灯、駐車券発行機、携帯電話の充電器など

・ 他からの電力供給が難しいもしくは不可能な場所のエネルギー源:海洋や山岳地帯の観測機器、人工衛星、宇宙ステーション、道路標識、庭園灯、街路灯、携帯電話の充電器、離島、送電網の未熟な地域など

・ 温室効果ガス排出量削減用

・ 需要ピーク時の補助電力用

・ 可搬式電源

・ 非常用電源

など。太陽光発電の項も参照のこと。

◆ コスト

現在1Wあたり約300円である。累積生産量が2倍になると生産コストは8割になるといわれている。

近年は技術開発が進み、1Wあたり約100円という薄膜型の安価な製品も実用化され、注目を集めている。[外部リンク] 「1か月で元が取れます!」 シリコン不要の太陽電池、薄型パネルで99セント/ワットで登場識者によれば、2010年から本格的に価格競争が始まるとされている。[外部リンク] 低コスト化を競う太陽電池 米国薄膜メーカーが台風の目に

ただし、上記の価格はパネル本体の価格であり、家庭用に設置する際の架台や交流変換装置、工事費なども含めると、1Wあたり400円のパネルでも600円から700円程度になる。

◆ 原理

◇ 概要

太陽電池は、光の持つエネルギーを、直接的に電力に変換する。その変換過程では熱・蒸気・運動エネルギーなどへの変換を必要としない。太陽電池内部に入射した光のエネルギーは、電子によって直接的に吸収され、予め設けられた電界に導かれ、電力として太陽電池の外部へ出力される。

◇ pn接合型の場合

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