薄膜シリコン発電と結晶シリコン発電のメリットとデメリット

太陽エネルギーは、世界の再生可能エネルギー戦略の礎となっています。薄膜太陽電池は軽量でフレキシブルなセルを採用するのに対し、結晶シリコンは効率を重視しますが、より厚いパネルを必要とします。以下に詳細な比較を示します。

I. 薄膜発電
利点:

1. 材料と生産効率

• シリコンに比べて 1 ～ 5% の半導体材料を使用します。

• 製造が簡単で、エネルギー消費量が少なく、大面積の連続生産が可能です。

• 基板: 低コストのオプション (ガラス、ステンレス鋼、ポリマー)。

2. 技術革新

• 複数のルート：CIGS（銅インジウムガリウムセレン化物）、CdTe、アモルファスシリコン。

• 柔軟なモジュールにより、新しいアプリケーション (曲面、ポータブル デバイスなど) が可能になります。

3. 実際の状況でのパフォーマンス

• 優れた低光量応答（例：曇りの日、夜明け/夕暮れ）。

• 晴れの日と曇りの日の間の世代間ギャップがシリコンに比べて小さい。

4. アプリケーション

• 砂漠の発電所、建物統合 (BIPV)、ソーラーカーポート、および「サンハウス」に最適です。

デメリット:

1. 効率が低い

• 平均変換率: 約 8% (シリコンの場合は 17～26%)。

2. 初期費用が高い

• 設備/技術投資: シリコンの 5～10 倍。

3. 利回りの課題

• 非結晶/微結晶シリコン モジュール: 歩留まり約 60%。

• CIGS（最上位層）：歩留まり約 65%（シリコンは 95～98%）。

II. 結晶シリコン発電

利点:

1. 高効率

• 商用パネル：変換率 17～26%（単結晶 > 多結晶）。

2. 成熟した技術

• プロセスが安定しており、頻繁なアップグレードの必要性が最小限に抑えられます。

3. 高収量で費用対効果の高い設備

• 単結晶収率: >98%、多結晶: >95%。

• 国内の設備はほとんどの生産ニーズを満たします。

• 緩和策: 高品質のブランドは信頼性を向上します。

デメリット:

1. サプライチェーンリスク

• ポリシリコン価格の変動（例：2021～2023年：価格が300％急騰）。

2. 環境への影響

• エネルギー集約型の生産、高い炭素排出量。

• 政策転換のリスク（例：炭素税）。

3. 物質的な制限

• 硬くて重いパネルは設置の柔軟性を制限します。

主要な技術比較

結論：重要なトレードオフ

• 薄膜は柔軟性、低照度性能、そして美観に優れていますが、効率／収量では劣ります。最適な用途：建物への統合、スペースが限られたプロジェクト、過酷な環境。

• 結晶シリコンは効率と信頼性に優れていますが、劣化や硬直性に問題があります。最適な用途：大規模農場、日照量の多い地域、コスト重視のプロジェクト。

長期的な価値: 薄膜は初期コストが高くなりますが、劣化がほぼゼロであるため (シリコンでは 25 年間で 10～20% の損失)、ピーク効率よりも耐久性を優先するアプリケーションでは、生涯にわたる ROI が優れている可能性があります。

データソース: NREL、IRENA、EU PVSITES、ベクレル研究所。