多接合太陽電池はより効率的です。実験室では最大 40% の効率に達します。単接合セルの実際の使用率は通常 19 ～ 25% です。以下の表は、両方のタイプの最新の効率数値を示しています。
| 太陽電池の種類 | 効率範囲 (商用) | 効率範囲 (実験室) |
|---|---|---|
| 単接合シリコンセル | 19～25% | 最大26.7% |
| 多接合セル | ~40% (商用利用に限定) | 47% 以上 (ラボ、濃縮) |
太陽電池がどれだけうまく機能するかは、何が必要かによって決まります。特殊な作業で最高の効率を求める場合は、多接合太陽電池を選択してください。家庭やビジネス用に安価な太陽光発電が必要な場合は、単接合セルが良い選択です。
多接合太陽電池は、より多くの太陽光を捉えるために多くの層を持っています。単接合セルよりも優れた機能を発揮します。彼らです スペース や強い日差しに最適です。
単接合太陽電池はコストが低く、製造が簡単です。人々は家庭や会社でそれらをよく使用します。価格、強度、安定した作業のバランスが優れています。
多接合セルは、厳しい場所や放射線が大量にある場所で最もよく機能します。それらはより高価であり、通常の屋根ではあまり使用されません。
単接合セルは、天候や太陽光の変化にもよく対応します。ほとんどの屋外での使用や大規模な太陽光発電施設に適しています。
これらのセルの中から選択するかどうかは、お金、太陽光、そして必要なものによって決まります。ほとんどの人にとって単接合セルが最適です。高い効率が必要な場合や、 特別な用途.
多接合太陽電池は効率が高いことで知られています。異なる素材で作られたいくつかの層があります。各層は太陽光の特定の部分を取り込みます。これにより、単接合太陽電池よりも多くのエネルギーを収集できます。 2023 年、フラウンホーファー ISE と AMOLF の科学者は新記録を樹立しました。彼らの多接合太陽電池は、 効率は 36.1% 。 ラボでの彼らは、リン化ガリウムインジウムとリン化ガリウムインジウムヒ素を備えたシリコンTOPConセルを使用しました。特殊な金属とポリマーのコーティングにより、より多くの光を閉じ込めることができました。これにより、このセルはこれまでの他のシリコンベースの多接合太陽電池よりも効率的になりました。
多接合太陽電池は理論的にはさらに優れている可能性があります。接合部が 3 つある場合、効率は約 48.8% に達する可能性があります。さらにレイヤーを追加すると、さらに良くなります。 6 接合セルは最大 54% に達する可能性があります。多くのレイヤーを使用して太陽光を集中させると、効率が 65% を超える可能性があります。しかし実際には、材料の品質や温度の変化などによって結果が低下します。
| 接合部の数 理論 | 上の最大効率 (詳細なバランス) | 実際の効率の限界 | 主な制限要因 |
|---|---|---|---|
| 無限に近づく | >65% (濃縮なし)、>85% (濃縮あり) | 該当なし | 理想的な条件、光学損失や相互接続損失なし |
| 3 | ~48.8% | ~48.8% (制限の 97%) | 低バンドギャップ (~0.9 eV) のボトムセル材料の利用可能性 |
| 4 | ~51.2% | ~51.2% (制限の 96%) | 直列接続で電流の不整合を引き起こすスペクトルの変動 |
| 5 | ~52.8% | ~52.8% (制限の 94%) | 光損失、経済的制約により、接合部が 5 つ以下であることが好ましい |
| 6 | ～54.0% | ~54.0% (制限の 93%) | 温度変化、不完全な光学系、スペクトルの不一致 |
多接合太陽電池には特殊な材料が使用されています。例としては、リン化ガリウムインジウム、リン化ガリウムインジウムヒ素、シリコンなどがあります。これらの材料は、各層が太陽光の異なる部分を取り込むのに役立ちます。太陽光を分割することで、エネルギーの損失が少なくなります。これにより、単接合太陽電池よりもはるかに効率的になります。三重接合セルは、 効率が 40% 以上。 集中した太陽光で実験室では、6 接合セルの使用率が 47% 以上に達しています。太陽光をより多く利用できるため、非常にうまく機能します。
単接合太陽電池には太陽光を取り込む層が 1 つだけあります。ほとんどは結晶シリコンから作られています。これらのセルは、今日のソーラーパネルの約 95% に使用されています。どれだけ優れた性能を発揮できるかについては、Shockley-Quisser 限界と呼ばれる限界があります。シリコンの場合、この制限は約 33.7% 。購入できるほとんどの単接合太陽電池の効率は 19 ～ 25% です。いくつかの特殊なタイプ: ガリウムヒ素セル、到達可能 最大25.5% 。しかし、これらはより高価であり、シリコンセルほど一般的ではありません。
| 材料の使用 | 単接合太陽電池における | 通常の効率範囲 | コストおよびその他の注意事項 |
|---|---|---|---|
| 結晶シリコン(Si) | 最も一般的 (販売されたモジュールの約 95%) | 典型的には約 15 ～ 20%。高効率 | 低コスト、豊富、長寿命 (25 年以上) |
| ガリウムヒ素 (GaAs) | あまり一般的ではありませんが重要です | 通常は 20 ～ 25%、最大で 24.3 ～ 25.5% まで上昇します | 高コスト、高効率、過酷な条件下での優れた性能 |
| アモルファスシリコン (a-Si-H) | あまり一般的ではない薄膜技術 | 結晶Siよりも低い | 多用途だが効率は低い |
| テルル化カドミウム (CdTe) | 薄膜、Si に次いで 2 番目に一般的 | Siより低い | コスト効率の高い製造、効率は低い |
| 二セレン化銅インジウムガリウム (CIGS) | 薄膜、新興技術 | ラボの効率は高いが、製造は複雑 | Si よりも多くの保護が必要 |
| ペロブスカイト | 新興の薄膜技術 | ラボの効率が 3% (2009 年) から 25% 以上 (2020 年) に改善されました。 | 耐久性や製法も開発中 |
| 有機太陽光発電 (OPV) | 新しい柔軟なアプリケーション | 結晶Siの約半分の効率 | 寿命が短くなり、コストが削減される可能性がある |
| 量子ドット | 実験的 | 現状では効率が低い | 簡単に作成でき、バンドギャップをカスタマイズ可能 |
ショックレー・クワイサー限界は 1961 年に設定されました。これは、単接合太陽電池が太陽光の約 3 分の 1 以上を電力に変換できない理由を説明しています。これは、1 つの層で太陽光のエネルギーをすべて使い切ることができないためです。光の中には電気を作るのに十分なエネルギーを持たないものもあります。多すぎると熱になる人もいます。科学者たちは単接合太陽電池をさらに改良するために今も研究を続けています。しかし、ほとんどの製品は依然として最高の効率を下回っています。
多接合太陽電池と単接合太陽電池は、研究室の外では動作が異なります。多接合太陽電池は、厳しい条件への対応に優れています。そのため、宇宙ミッションや衛星に最適です。ただし、太陽光がすべての層に同じように当たらない場合、効率が低下する可能性があります。テストによると、太陽光が不均一になると、 生産量を 40% 以上削減します。太陽光の広がりを良くすることで、効率を約 22% から 37% に高めることができます。ホットスポットや温度変化もパフォーマンスに悪影響を与える可能性があります。慎重に設計することで、これらの問題を解決できます。
単接合太陽電池、特にシリコン太陽電池は、ほとんどの屋外の場所でうまく機能します。通常の状態では効率は安定しています。しかし、宇宙などの高放射線環境では、多接合セルよりも早く消耗する可能性があります。材料の品質と細胞の作り方は非常に重要です。セルのバンドギャップと太陽光の一致も、セルの動作に影響します。
2 つのタイプのパフォーマンスの違いには、多くのことが影響します。
多接合太陽電池の各層の電圧と品質は重要です。
多接合太陽電池には層間の電流整合が必要です。
特に複雑なセルでは、材料の品質によって損失が発生する可能性があります。
最良の結果を得るには、設計は太陽光のスペクトルに一致する必要があります。
トンネル接合部と抵抗により、特に太陽光が集中した場合にパフォーマンスが低下する可能性があります。
より良い製造は、実験室の結果と現実世界の結果の間のギャップを埋めるのに役立ちます。
注: 多接合太陽電池は太陽光のより多くの部分を使用するため、より効率的です。各層は異なる部分を取り込むため、エネルギーの損失が少なくなります。これにより、特に光が制御または集中される場合に、単接合太陽電池よりも有利になります。
多接合型太陽電池は、 厳しい仕事に使用されます。軽くて丈夫なので宇宙でも活躍します。エンジニアはそれらを衛星や火星探査機に搭載しました。これらのセルは、強い放射線や大きな温度変化に耐えることができます。軽量なので、宇宙に物を送る際のコストを節約できます。
地球上では、多接合太陽電池が CPV システムに使用されています。これらのシステムは、ミラーまたはレンズを使用して太陽光を集光します。集光された光は通常の太陽光よりもはるかに強力です。これにより、セルは小さな領域からより多くの電力を生成できるようになります。大量の電力が必要だがスペースが少ないプロジェクトに適しています。
注: 多接合太陽電池は通常の太陽電池パネルでは一般的ではありません。費用もかかるし、作るのも大変です。人々は、低価格ではなく最高のパフォーマンスが必要な場合にそれらを使用します。
多接合太陽電池の一般的な用途:
宇宙船と人工衛星
火星探査機のミッション
集中型太陽光発電（CPV）発電所
過酷な環境における高性能のニッチなエネルギーシステム
これらの細胞は放射線を扱うのが非常に得意です。暑くなったり寒くなったりするときにも活躍します。そのため、困難な場所には最適ですが、地球上ではあまり使用されていません。
単接合太陽電池はほとんどの家庭や企業で使用されています。単結晶シリコン電池は多くの屋上や太陽光発電所に設置されています。安くて長持ちし、性能も良いので人気があります。
人々は、フレキシブルパネルや充電器に単接合太陽電池を使用しています。一部の宇宙機器もそれらを使用します。宇宙では、エンジニアはガリウムヒ素のような単接合 III-V セルを選択することがあります。これらのセルはうまく機能し、宇宙条件に対処できます。
| テクノロジーのタイプ | 効率範囲 (商業) | 屋上設置の主な利点 | 住宅/商業の屋上への適合性 |
|---|---|---|---|
| 単接合シリコン | 15～23% (一部のラボでは >24%) | バックコンタクトは配線を背面に移動し、光の取り込みを改善し、限られたスペース、部分的な日陰、厳しい天候でのパフォーマンスを向上させます。 | 住宅の屋上に非常に適した主要なテクノロジー |
| タンデム (シリコン + ペロブスカイト) | 35％に近づく（研究開発段階） | 同じ屋根面積からのエネルギー収量が高く、スペースが限られた環境や日陰の環境でも優れています | 将来の屋上での使用が期待される新興技術 |
| ペロブスカイト単接合 | 30%近く | 高効率、優れた温度性能、低製造コスト、柔軟性と軽量 | 住宅および商業の屋上での可能性、まだ成熟中の技術 |
| 多接合セル | 47% 以上 (ラボ) | 非常に効率が高いが、コストが高く複雑である | 特殊な用途に限定されており、屋上では一般的ではありません |
単接合太陽電池は製造も使用も簡単です。信頼性が高く、高価ではありません。シンプルなデザインは工場での大量生産に役立ちます。これらのセルは多くの場所で機能するため、ほとんどの人が屋根にこれらのセルを選択します。
太陽電池はどれくらいのコストでどれだけ作れるかが重要です。単接合太陽電池、特にシリコン太陽電池は安価に製造できます。工場では一度にたくさん作ることができるため、価格は低く抑えられます。シンプルな部品と共通の材料を使用します。
多接合太陽電池は製造がより困難です。特別な手順と、ガリウムヒ素やゲルマニウムなどの希少な材料が必要です。それらを作るには特別な道具とクリーンルームが必要です。そのため、コストが高くなります。作るのが難しいため、工場ではそれほど多くを作ることができません。
| アスペクト | 単接合シリコン太陽電池 | 従来の多接合太陽電池 |
|---|---|---|
| 効率 | 15～20% | 40% 以上、理論上は最大 50% |
| 製造コスト | 比較的低い、業界標準 | 非常に高く、ニッチな用途 (衛星など) に使用が制限されます。 |
| スケーラビリティ | 低コストと確立された製造により高い | 大規模導入には法外な低コスト |
| ものづくりの革新 | 標準的なシリコンウェーハ処理 | 異なる半導体の複雑な積層 |
| 市場への影響 | 商用ソーラーパネルに広く使用されています | 特殊な高コストのアプリケーションに限定される |
| ボリュームに応じたコストの傾向 | 規模に応じてコストが削減される | 複雑さのためコストは依然として高い |
ヒント: 多接合太陽電池を製造する新しい方法により、価格が下がる可能性があります。これにより、将来的により多くの人がこれらの高効率セルを使用できるようになる可能性があります。
多接合太陽電池は太陽光の変化に対してより敏感です。各レイヤーは光の異なる部分を使用します。太陽光が変化すると、一部のレイヤーがうまく機能しない可能性があります。これにより、総電力が低下します。これらの細胞は、天候が変化する場所ではそれほど安定していません。単接合太陽電池は太陽光の変化にうまく対応できるため、毎日問題なく動作します。
多接合太陽電池は非常にうまく機能します。それらには多くの層があり、それぞれが太陽光の異なる部分を捉えます。これにより、特に特殊な場所で非常に高い効率が得られます。
主な利点:
それらは非常に効率的であり、研究室では多くの場合 40% を超えます。
より多くの太陽光を使用するため、エネルギーの無駄が少なくなります。
軽くて丈夫なのでスペースにも最適です。
レンズや鏡を使用するときの強い日光にも適しています。
放射線や大きな温度変化にも対応できます。
柔軟なデザインは、厳しい場所や高度な場所でも役立ちます。
主な欠点:
希少な材料と難しい工程のため、製作には多額の費用がかかります。
作るには特別な道具と丁寧な作業が必要です。
一部の部品は摩耗が早くなり、それほど長く使用できない場合があります。
材料の入手に問題があると、材料を見つけるのが難しくなることがあります。
ほとんどの屋根ではなく、スペースまたは特殊な太陽光発電に最適です。
注: 科学者は、これらの細胞をより安く、より強力にするために取り組んでいます。これは、将来的により多くの人がそれらを使用するのに役立つ可能性があります。
単接合太陽電池は家庭や企業に最も選ばれています。シンプルなデザインと実証済みの使用により、簡単で信頼できるものになります。
主な利点:
多層セルよりも製造コストや設置コストが低くなります。
シンプルな形状なので、素早く簡単にセットアップできます。
うまく機能し、長年にわたって安定した状態を保ちます。
丈夫な素材で天候や害から守ります。
長く働いてきたからこそ、人々は彼らを信頼します。
主な欠点:
彼らは 約 33% の効率を超えることはできません。 制限があるため、
太陽光を取り込む層は 1 つだけなので、一部のエネルギーが熱に変わります。
それらは、いくつかの新しい細胞ほど曲がりにくく、さまざまな形状に便利ではありません。
宇宙やその他の厳しい場所ではうまく機能しません。
ヒント: 単接合太陽電池は、ほとんどの家庭、学校、企業に最適です。価格と機能のバランスが取れています。
| 特徴 | 多接合型太陽電池 | 単接合型太陽電池 |
|---|---|---|
| 典型的な効率 (実験室) | 最大47% | 最大27% |
| 典型的な効率 (商用) | ~40% (特殊用途) | 19～25% |
| 料金 | 高い | 低い |
| 耐久性 | 宇宙では優れていますが、地球では劣ります | 優れた (25 ～ 30 年) |
| ベストユース | 宇宙、CPV、特別プロジェクト | 住宅、企業、太陽光発電所 |
| 柔軟性 | 高（軽量、曲げ可能） | 低から中程度 |
| 市場での入手可能性 | 限定 | 非常に一般的な |
多接合太陽電池と単接合太陽電池のどちらを選択するかは、必要なものによって異なります。多接合セルは以下の用途に最適です スペースまたは特別な仕事。非常に効率的ですが、コストが高く、希少な材料が使用されます。単接合セルは、ほとんどの家庭や企業に適しています。安くて使いやすく、長持ちします。
ソーラーパネルを選択するときは、次のことを考慮する必要があります。
彼らはどれくらいのお金を使いたいですか
彼らの地域が受ける太陽光の量
屋根やスペースなど、パネルを何に使用するか
将来的には、新しいアイデアにより、両方のタイプの機能が向上し、コストが削減される可能性があります。これにより、誰でも太陽光発電を利用しやすくなる可能性があります。
多接合太陽電池に は多くの層があります。各層は太陽光の異なる部分を取り込みます。これにより、太陽からより多くのエネルギーを得ることができます。単接合セルには層が 1 つだけあります。太陽光をすべて利用することはできないため、ある程度のエネルギーが失われます。
ほとんどの人が使っています 単接合シリコンパネルを 自宅に。多接合セルはより高価であり、設置には専門家が必要です。ほとんどの屋上ではなく、スペースまたは特別な用途に最適です。
工場ではシリコンなどの一般的な材料を使用して単接合セルを製造します。作り方は簡単ですぐに作れます。これにより価格が低く抑えられます。多接合セルには、希少な材料と慎重な手順が必要です。
多接合セルは、太陽光が変化すると機能しなくなります。クラウドにより、各レイヤーの作業が軽減される可能性があります。単接合セルは曇りの日の方が優れています。
ほとんどの単接合パネルは 25 ～ 30 年間機能します。多接合セルは、特に宇宙においても長持ちします。地球上で、どれくらい長持ちするかは、どこでどのように使用されるかによって決まります。
