太陽電池研究者ならこのようなソフトを自作したりして持っているでしょうが、公開されたソフトはかなり細かいところまで仮定してシミュレーションできるところが特徴だと思います。ただ、いくらシミュレーションが細かくなっても、それを実際の電池の製造や評価にどのように反映させるかが難しいところなので、このソフトがあればすぐに電池技術が上がるというものではありません。

で、 このソフトはCIGS太陽電池に使えるということなので、最初に思いつくのがあの不可解な光照射効果解明に使えるのかどうか。CISやCIGSの光照射効果が本当にあるのかどうかは、いまだにはっきりしていません。光照射効果を実際に確認したと言う人もいれば、単に評価用の人工光と実際の太陽光との差から生じているだけと言う人もいます。このソフトを使ってこの辺りのことがシミュレーションで確認できると、結構意味あると思うのですが・・・。

ソーラーフロンティアの新しいパネルは少し効率が向上しました（変換効率が15%台のCIGS系太陽電池製品、発電量で“多結晶Si超え”も）。SFKシリーズの185Wパネルは効率が15.1%になったそうです。多分、この効率はモジュール効率（パネル全体での効率）だと思います。今のパネルの効率は14.2%らしく、かなり改善されましたね。

ソーラーフロンティアの太陽電池はCIGS型で、このタイプは効率の温度による低下がSi太陽電池より少ないと言われています。ソーラーフロンティアの話ではSi太陽電池の0.41%/℃に対してCIGS太陽電池は0.31%/℃ということです。太陽電池の効率は25度で測られているのに対し、実際の動作では40度ほど上がりますから、
Si太陽電池：　　0.41 ×　40 = 16.4%
CIGS太陽電池： 0.31 ×　40 = 12.4%
つまり、CIGS太陽電池は温度上昇による効率の低下がSi太陽電池より4%少ないことになります。15.1%のうちの4%ですから0.6% 程度の違いですが、それでも多結晶太陽電池よりも良くなることになったそうです。

CIGS太陽電池の効率の話を聞く時はいつも気になるのですが、この効率は光照射前の数字なのでしょうかねぇ。CIGS太陽電池は光照射によって効率が5%ほど向上する現象があります。従って、上述の効率が光照射前の値であれば、今の製品でも光照射効果で多結晶より効率が良くなることになります。

効率向上は良い話なのですが、ソーラーフロンティアにはこの辺りの説明をしっかりして欲しいと思っています。

この記事では前にソーラーフロンティアが達成した20.9%セルの技術でモジュ―ルを作り18.3%のモジュ―ル効率を達成したことになっています。単純にこの比率で考えると、今回の22.3%のセルからはモジュールの変換効率で20%ぐらいが達成できると見られます。

他の太陽電池はどうかも調べてみました。少し前のパナソニックの記事が参考になります（パナソニックが太陽電池モジュ―ルで変換効率22.5%）。モジュ―ル効率で22.5%ということですから、やはり結晶シリコン太陽電池の方がCISより優れているようですが、これは結晶シリコンの中でも効率の良いHIT太陽電池での値です。通常の構造の結晶シリコン太陽電池ではもう少し低くなるので20%ぐらいかなと思います。とにかく、CISもかなり結晶シリコン太陽電池に肉薄してきたなという印象を受けます。

もう一つ、「光照射効果がどのように関係するかわからない」と昨日のブログで書きました。

ソーラーフロンティアの記事を読むと、22.3%を達成したのは透明導電膜の光透過度と活性層の光吸収率を上げたことによると説明しています。このような光学的性質はあまり光照射では変化しそうな気がしません（あくまで想像です）ので、そうすると光照射効果による効率向上はまだ期待できそうな気もします。

このことについては本当にソーラーフロンティアに説明してもらいたいところですが・・・、あまり期待できないですかね。

この太陽電池がいつ頃から製品になって出てくるか判りませんが、とにかくCIS系も結晶Siと同じぐらい、あるいはそれ以上の能力を持つことになります。結晶Si系もHITやPERCなど新しい構造で高効率化されてきているので、太陽電池の技術は新しい時代に入ってきたなという実感がします。

セル効率で22.3%の太陽電池がパネルになった時、どれぐらいの効率になるか判りませんが、これまでCIS系は変換効率が低く面積が要るという欠点が解消できることになります。

ところで・・・、

CIS系は光照射効果により設置後に効率が1-2割上がるという説があります。私もCIS系を使っていて実感しています。このため、CISは実質的に定格以上の発電をするため、コストパーフォーマンスが良いと言われています。では、今回発表されたセルも光照射効果で1-2割の効率向上が望めるのでしょうか？

この光照射効果というのは得体のしれない現象で、ソーラーフロンティアを含め誰も明確には説明してくれません。そもそもCIS系は全般的に得体のしれないところがあり、「温度による効率低下が少ない」「劣化が少ない」という話も流れています。これらも光照射効果を含んだ話なのか全く分かりません。

穿った見方をすれば、今回の効率向上は光照射効果を先取りしただけという詮索ができてしまいます。ソーラーフロンティアにその気が無くても、このセルで光照射効果が見られなくなれば、結果的にそういうことになります。光照射効果を先取りしただけならば、CISのコストパーフォーマンスが良いという利点が無くなってしまいます。

この辺り、ソーラーフロンティアはしっかり説明する必要がありますね。

しかし最近、Webでたまたまソーラーフロンティア社が光照射効果について説明してあるのを発見しましたので、紹介します。

見つけた記事は、「藤本健のソーラーリポート　ソーラーフロンティアが持つ世界最大規模の太陽電池生産工場とは」（2011/7/11）、かなり昔の記事でした。そこでは下記のような紹介と光照射効果のグラフが示されています。

「小山氏は「CIS太陽電池は、実際に太陽の下で光を浴びると発電効率が上がるという特性を持っています。日光に当てて数時間で5%程度、さらに10日から2週間かけて徐々に10%程度まで伸びていき、そこで安定します」と話す。どれだけ伸びるかはロットによっても異なるため、必ず10%とまではいえないようだ」

ここで発言している小山氏は当時のソーラーフロンティアの執行役員・国内営業本部長なので、内容は限りなく公式見解に近いものと見ても良いでしょう。実際、CISは定格より1割ぐらい多く発電しているような気がします。

やはり、光照射効果はあるのかな。

この現象はアカデミックに見てもおもしろいと思うのですが、そういう方面からの言及はまだ見たことがありません。それがとても不満です。とは言え、アモルファスの光劣化も現象は有名ですが、メカニズムについては全く解明されていないので、こういう現象は難しすぎて誰も手が出ないのかもしれません。

同じ記事に分光感度特性についても言及していましたので、次回取り上げたいと思います。

• 気温18度で出力5.1kW
• 気温23度で出力4.9kW

これに更に以前示したデータも再度しまします。

• 気温15度で出力5.4kW

以上のデータから温度特性の傾向が掴めないかグラフにしてみました。ただし、温度は推定なので正確とは言えません。ごく大雑把な傾向をとらえる程度が関の山かと思います。

下がその図です。

図で青い丸は一部が東西に設置されている太陽電池を0.85倍した場合の出力4.18kWです。一方、茶色の菱形は上記に示した値です。この図を見ると、不可解と思ったデータもそれなりに温度依存の傾向を示しています。それを青い実線で示しました。これだと-0.5 から-0.6 %/℃ ぐらいの温度係数になっているようです。

そうすると25℃の標準状態での出力は図で見るとだいたい 4.8kW。推定定格の4.18kWより14 – 15 %上回ることになります。

確かに出荷試験のソーラーシミュレータと自然光との光スペクトルの差による違いから出力に誤差が出るでしょうが、14 – 15 % も出るとは思えません。そんなに誤差があれば出荷試験とは言えないでしょう。どうもやはりCISには光照射効果のようなものがあって、両方の効果でこれぐらいの誤差になっているような気がします。

温度係数についてはメーカーの言う -0.31%/℃ より少し大きくなっています。ただし、まだデータが頼りないので確証は持てません。

取りあえず図の直線を延長して夏場の出力を推定してみました。去年の経験から3kW台の後半と言うのは妥当な気もします。この辺りは今年の夏に更に検証していけるだろうと思います。

どうもやはり実発電能力がかなり上がっているのではないかと思われます。CISの実発電量が大きくなるのはソーラーシミュレータと自然光のスペクトルの違いだろうと書きましたが、それ以上の効率増加がありそうで、やはり光照射効果のようなものがあるのではないかという気がしてきています。

おおざっぱですが、CIS太陽電池の特性について次のような想像をしています。

• 実発電能力は光のスペクトル差と光照射効果で定格より10数%上がる。
• 温度係数は結晶シリコン太陽電池よりやや大きい

今のところ、これぐらいの想像です。夏場の特性を見たら、もう少しおおざっぱさが減るかもしれません。

当家の屋根太陽電池は定格で4.59kWですが、東向き、西向きがあるので、南向き換算で4.3kWとして、他の発電所と比較するようにしてきました。これまでのところうまく一致してきましたが、上記のように仮定するとこれが崩れるので悩ましいところです。仕方がないので、もう少し詳しいことが分かるまでは、当家の屋根太陽光発電は南向き換算4.3kWという形で評価を続けることにしています。

まずメーカーのHPはここです。次のようなことが書かれています。

• 温度特性について

温度依存性が小さいことを明らかに提示しています。温度係数は-0.31%/℃。温度係数は結構ばらつくのでメーカーは明示するのを嫌がりますが、ここでは明確に示しています。またシリコン太陽電池の温度係数についても-0.41%/℃と明示していて、それより優れているとなっています。

• 影の影響が小さい

影に強いとする理由が明確に書かれています。

• 光照射効果

光照射後10日間は急激に、その後もゆっくりと効率が上がるグラフが示されていますが、縦軸のメモリがないので、どれほど向上するかは不明です。波長感度には全く触れていなくて、光照射効果で実発電量が増えると明確に主張しています。

• 劣化が少ない

光照射効果で上昇した効率からの低下が年間0.5%以内であると明確に主張しています。

さすがに低照度特性が向上するとは書いていませんでした。

内容について疑問を持たれる方も多いと思いますが、メーカーはおそらくこれらを書いているだけで、保証しているわけではないと思います。あくまで参考にするだけにしておく方が良いでしょう。ただ、低照度特性以外についてはメーカーは沈黙していたわけでなく、明確に噂通りのことを主張していたのだということは確認できました。

メーカーの主張が本当に正しいのが検証するのは困難ですが、私の方は今後も気長にいろいろな現象を勉強して、変わったことや疑問に思うことがあれば、順次報告させてもらおうと思っています。

別の報告で北杜で行っている各パネルの実証データをとりあげ、「CISの実発電量が多くなるのは、明らかに光照射効果。暴露後4時間ほどで発電能力は1割ほど高まって、その後ほぼ一定になる。波長感度が広いことは関係ない。」と上記の報告を否定していました。他の報告を否定する報告も大胆ですが、とにかく実発電量が多くなるのは光照射効果と見て良さそうです。

もっとも、CISの光照射効果というのは前から有名だったものの、どのようなメカニズムなのか分からないことに対する不満はずっと残っていますが。

この報告では短期の発電能力で「暴露後4時間ほどで発電能力は1割ほど高まって、その後ほぼ一定になる。」としていましたが、その後、長期の運転データから「CISの発電能力は少しずつ低下し、定価の割合は結晶系より大きい。最初1割ほど発電能力が上がった後、5-6年で5%ほど低下している。」と報告していました。たしかにグラフでは、最初、光照射効果で1割ほど発電能力が上がったものの、5-6年で増加分は半分ほどになっていました。

結晶系はやはり安定で、年間0.5%ぐらいの劣化だったようです。

そうすると、CISは10年ほどでほぼ元の発電能力、20年で1割ほど劣化ということになり、20年後の発電能力は結晶系と同じくらいということになります（北杜のデータはまだそこまでありませんが）。

これから推定すると、20年全体の発電量ではCISの方がやや有利、ということになりますが、劣化の傾きの大きいCISには何となく不安が残ります。

まだ長期の運転については確かなことは言えないようですね。