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シリコン – 太陽光発電で重要な原材料

シリコン – 太陽光発電で重要な原材料

どんな素材が太陽電池モジュールの製造に不可欠で、どうやって太陽光を電気エネルギーに変換しているかご存じですか? それでは太陽電池モジュールがどのように製造されているか原材料から遡ってみていきましょう。

太陽電池モジュールとして幾つかの素材が原材料として使用することができます。が、実際は95%以上のモジュールがシリコン(Si)を原料として製造されています。

半導体は光や熱のエネルギーを受けると導体になりますが、低温下では絶縁体になります。 スマートフォン、自動車、ゲーム機、太陽電池モジュールなど、多くの分野で半導体が使用されています。

「砂」から太陽電池モジュールが完成するまで

なぜ半導体の素材としてシリコンが適しているのでしょうか? シリコンは地球上でもっともありふれた素材だからです。地球上で酸素の次に多い元素で、砂や石英に多く含まれています。しかしながら太陽電池モジュールのセルの原料となるシリコンは砂浜から採取されるわけではなく、その多くは鉱山から採取されます。鉱山での採掘はエネルギーを大量に消費するため、その多くはエネルギーコストが安い地域に存在しています。

PV Value Chain -  Solar module

採掘されたシリコンはそのまま太陽電池モジュールのセルとして使用することは出来ません。原料シリコンから半導体に適したシリコンにするためには、シリコンを高純度に精製する必要があります。要求されるシリコンの純度は99.99パーセント以上です。

精製されたシリコンはまず「インゴット」にします。 単結晶か多結晶かはインゴットの製造方法によって変わります。 多結晶インゴットは溶融した精製シリコンを直方体の型に流し込んで製造します。 このプロセスによってシリコンは硬化中に典型的なアモルファス格子構造を形成します。 一方単結晶インゴットの製造はやや複雑で、種結晶を溶融した精製シリコンに浸漬させて ゆっくりと回転させながら引き抜くことにより、特徴的な丸柱が成型されます。

インゴットは特殊なワイヤーソーやウォータージェットで約200マイクロメートル(0.2ミリメートル)の厚さに切断されシリコンウェーハに加工され、次の工程に移ります。

シリコンウェーハを切り出す際にインゴットのほぼ半分が切り屑となり喪失します。 1トンの原材料から約5000枚の200mmウェーハが製造できます。 ウェーハは太陽電池モジュールを構成する基本単位です。したがって、ウェーハの品質は完成品の品質に重要な影響を及ぼします。

太陽電池セルは電荷の異なる2層で構成されています。 正および負の電荷キャリアの間で伝導電子が半導体の正孔に取り込まれることにより電気が伝導します。 これは、p型半導体およびn型半導体として知られています。 次の工程で青みがかった反射防止剤でコーティングし、外部環境の影響からセルを保護し、かつ光の反射を減らすことで効率を上げます。 その後、バスバーを前面と背面に取り付けます。リボンをはんだ付けすることで複数の太陽電池セルを直列に接続していきます。 次の製造ステップはモジュールのラミネーションです。 真空排気しながら高温で加熱することで、セルはバックシートとガラスの間で恒久的にラミネートされます。  ラミネーション後に縁取り、バイパスダイオードが入ったジャンクションボックスがセットされます。最後に アルミフレームを圧入し、モジュールに必要な強度を確保します。

Structure of a Solar Cell

Source: Solaranlage.de | emedien.design.hs-anhalt.de

 

こぼれ話

アメリカ西海岸にあり、1000社以上のIT企業や著名な研究所がある産業複合体、「シリコンバレー」の名称は太陽電池の原料であるシリコンに由来しています。創設時の伝説は数多くありますが、物理学者のウィリアム・ショックレーは、非公式ながらシリコンバレーの父、と言われています。彼は1956年にパロアルトの近くにシリコン半導体工場を設立しました。ビル・ヒューレットとデイヴ・パッカードがヒューレット・パッカード(HP)がサクセスストーリーの基礎を築いたガレージは現在も当時と同じところにあります。

 

Krannich Solarの太陽電池モジュール

Krannich Solar では、高効率を保証するために厳しい品質管理が行われている様々な種類のモジュールを販売しています。当社の製品ラインナップには、様々なサイズの片面モジュール、オプティマイザー付きスマートモジュール、そして両面ガラス及び両面発電モジュールが含まれています。どうぞお気軽にお問い合わせください。

20.10.2021 08:55
- Krannich Japan

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