電力不足の懸念やクリーンエネルギーへの関心から、太陽光発電への注目度が高まっている。いくつかある太陽電池の方式のなかで、変換効率や大面積での製造コストの面で大きな進化を見せている化合物系薄膜太陽電池のCIS系にスポットを当てる。太陽電池の発電の仕組みなど、基本的な原理や分類については前回記事「太陽電池が電気を生む仕組みとは?方式による違いは?」を参照されたい。

 「太陽光発電というのは、最も純粋なエネルギーの変換技術だと言えます」。太陽電池メーカーであるソーラーフロンティアの栗谷川悟技術本部長は言う。

ソーラーフロンティアの栗谷川悟技術本部長

 「たとえば、火力発電も、最先端のテクノロジーと言われている原子力発電でさえ、基本的には、熱を発生させ、水を蒸発させ、蒸気の力でタービンを回して、電気を起こす。『熱エネルギーを運動エネルギーに変え、運動エネルギーを電気エネルギーに変える』という2段階を経ています。太陽光発電は、半導体で光が電気エネルギーに変わります。光から電気エネルギーを直接つくれるのは太陽光発電しかない。ですから、太陽光発電は非常に筋がいい発電方法なんです」

 では、その“筋のいい”発電を実現する太陽電池の素材は、これまで、どんなかたちで発展してきたのだろうか。

 「最初は『結晶シリコン系』が主流でした」

 パソコンのCPUやメモリーなど多くのLSIに使われている代表的な半導体が結晶シリコンだ。ただ、太陽電池に使う場合、結晶シリコンは光吸収係数が低いため、素子の厚みが必要となる。そのため原材料とエネルギーの両面で製造コストが高くなる。

 「そこで、コストダウンのために出て来たのが、薄膜化された『アモルファスシリコン系』でした」

 結晶シリコンと成分は同じだが、アモルファス(個体だが、原子や分子が規則正しい結晶構造を持たない状態)化したシリコンの薄膜を、ガラス基板上に形成するものだ。単結晶を作ってスライスするという過程がないため、コストダウンが期待された。しかし、太陽電池としての基本性能である変換効率が低く、原材料費の大きな部分を占めるガラス基板のコストがかさむため、期待されたようなコストダウンは難しいことがわかってきた。さらには結晶シリコンでは目立たなかった「光劣化」の問題も解決できていない。

 現在注目されている化合物系薄膜太陽電池は、「研究者の『シリコン以外で何か太陽電池はできないかな』という発想から出て来たと思われます。試してみたらうまくいくものがあり、薄くしてもよく、光劣化の問題もなかった。『低コスト、低エネルギー消費でつくれる変換効率の高い太陽電池』ということで、近年、研究が盛んになったのです」(栗谷川本部長)。

 そんな化合物系のなかで、これからの太陽電池の主力素材として期待されているのが、銅、インジウム、セレンの化合物「CIS」である。