太陽電池と言えば結晶系シリコンが主流で、CISはマイナーな存在ですが、90年代からそれなりに使われていました。初めの頃はヨーロッパの技術が進んでいましたが、今では日本のソーラーフロンティアがトップメーカーですね。

そのソーラーフロンティアが、同社の持つ世界記録を更新したわけで、めでたい話です。そこは良いのですが、この記事のタイトル、何も知らない人が読むと、全種類の太陽電池の中で世界最高を達成したように思うでしょうね。これはあくまでCIS太陽電池の中での話であって、太陽電池としては結晶シリコン系やGaAsの変換効率の方が上です。記事をよく読めば「CIS太陽電池の中で」となっていて判りますが、そこまで読む人は少数派でしょう。紛らわしいですね。

で、この効率は1cm2のセルでの話です。このレベルだと、モジュールの生産段階になると20%を超えるのは難しいのじゃないかな。まぁ、それでも結晶系シリコンに近い効率を達成していますので、あとはコストを押さえることができれば利用価値はあるでしょう。

パネルメーカーは総じて苦しい中で、ソーラーフロンティアは頑張っているようです。

ただこのプレスリリース、ちょっと紛らわしいですね。

同社の太陽電池はCISという特殊な種類のもので、日本ではソーラーフロンティアしか製造していませんし、世界を見ても少数派です。そのCIS太陽電池で同社はカドミウムを使って効率向上を行ってきたのですが、この度カドミウムを使わないで世界最高を達成することができたということらしいです。

そこまでは良いのですが、その結果として「数ある太陽電池技術の中でも特に環境特性が優れており、カドミウムや鉛などを使用することなく省資源で高い変換効率を実現しています」という結論になっているのが気になります。普通のシリコン太陽電池はカドミウムなんて使っていませんからね。また鉛は太陽電池に使われているというより、配線のはんだ付けで使われる可能性があるというだけで、シリコン太陽電池でも最近は鉛フリーになってきています。

「環境特性が優れており」というのはどういう意味でしょうね。カドミウムや鉛の話でなかったら、同社が得意としている温度特性や影特性の話でしょうか？　このプレスリリースからはそのように読み取るのは難しいですね。むしろ他の太陽電池がカドミウムや鉛を使っているという印象を与えています。

プレスリリースでこのような紛らわしい表現をするのは感心できません。あわよくば読者に誤解を与えようという下心が感じられます。このプレスリリースを読んだ人はどのような印象を持つのでしょうか。私の見方が歪んでいるだけなのでしょうか。

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・・・。

この5日間の間で最大発電は5.25kWでした。屋根に乗っている太陽電池は定格で4.59kWです。東西南に分かれていて、実質的には南向き換算で4.3kWほどです。つまり実質定格4.3kWの太陽電池で5.25kWほど発電していることになります。

太陽電池は温度が下がれば発電能力は上がるので、定格より多く発電することはあり得ます。ソーラーフロンティアの公称の温度係数では10度下がると3%ほど発電能力が上がると言うことです（「実発電量」が高いCIS太陽電池）。

我が家の屋根で得られた5.25kWは4.3kWに対して22%も上がっていますので、ソーラーフロンティアの公称に従うと、なんと70度も温度が下がっているということになります。パネルの定格出力が測られる25度から70度温度が下がっているとすると、マイナス45度になっていると言うことになります（笑）。 4.3kWの代わりに南向き換算前の定格4.59kWで計算しても、5.25kWに対し14%アップで、45度ぐらい下がっていることになり、マイナス20度ぐらいになっていることになります。
どひぇーーー、屋根は凍っているのかぁーーー、ありえなぁーーーい。

まぁ、ソーラーフロンティアはコストパーフォーマンスが良いのかもしれませんが、この辺りのアカデミックな説明が弱いのは難点ですね。

で、私はやはり、「CISは温度特性が良い」ということを疑っています。また、「CISは劣化が少ない」という話も聞きますが、同様にこれも怪しいと思っています。

前回、CIS太陽電池の感度は1.0-1.3umあたりの波長でSi太陽電池より上回ることを指摘しました。根拠の図も下に再掲しておきます。（この図でCIS太陽電池の感度は2-3割減じてSi太陽電池と比べる必要があることも前回指摘しておきました。）

さて、これによる利点は・・・、

藤本氏の記事でも指摘されているように、曇りの日や朝夕などはSi太陽電池よりCIS太陽電池の方が発電に有利になります。曇りの日や朝夕などは長波長成分が多くなると考えられるからです。しかし、波長1.0-1.3umあたりの光と言うのは目に見えないので、どの程度そのような光が増えているのかなかなか想像しにくいところですが・・・。

いずれにせよ、その波長領域で発電能力が2-3割高くなっても、光全体に占める割合は数分の一になるでしょうし、もともと曇りや朝夕などは光強度が小さい時なので、その時に少しぐらい発電能力が良くてなっても、全体の発電量への貢献はあまり期待しない方が良いと思います。

一方、この領域の分光感度が良いことにより、実発電量が多くなるかどうかですが・・・、

ソーラーフロンティア社が定格検定に使っているソーラーシミュレータと自然光の間で、1.0-1.3umあたりの波長でどれほど違いがあるか分からないと何とも言えませんが、さすがにそれは分かりません。

Si太陽電池の検定と同じソーラーシミュレータを使っているとすると、1.0-1.3umあたりの波長で2-3割発電量が多くなる可能性があります。光全体の中では4-5%ぐらいになるかもしれません。このために、光照射効果の大部分はスペクトルの違いによるものだという人もいるようです。

いずれにせよ、分光感度が広い分、CIS太陽電池は多少得になることがあるのは事実のようです。

分光感度特性と言うのは、太陽電池の発電効率の波長依存性にあたります。つまり波長によってどれほど発電効率が変わるかというものです。

下にソーラーレポートに載っていたグラフを示します。

グラフでは結晶Si太陽電池とCIS太陽電池の分光感度特性、太陽光のスペクトル（波長成分のようなもの）が示されています。

図から長波長域においてCIS太陽電池の感度がSi太陽電池より良くなっていることが確認できると思います。しかし、このグラフは縦軸が統一されていない、つまり、Si太陽電池とCIS太陽電池の分光感度を示す縦軸のスケールは異なっているので気を付けてください。

具体的に言うと、図ではCIS太陽電池の感度がほとんどの波長でSi太陽電池と同様か上回っていますが、もしそうならCIS太陽電池の方がSi太陽電池より効率が良くなるはずです。実際にはSi太陽電池の方がCIS太陽電池より2割ほど発電効率が上です。従って、このグラフのCIS太陽電池の分光感度は、全体にわたって2-3割少なく見てSi太陽電池と比較した方が良いと思います。

いずれにせよ、CIS太陽電池は1umあたりの波長から上でSi太陽電池より感度が2-3割ほど良さそうです。

この差によってCIS太陽電池がSi太陽電池より良くなる特性がいくつか出てくることになります。— 長くなってしまいそうなので、その話は次回述べることにします。

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。

春は気温の変化が激しいので太陽電池の温度特性が良く見えてくる季節です。特に曇っている時に急に太陽が顔を出すと、パネル温度が低いままで日射が強くなり、定格（25度での出力）以上の出力を得ることも珍しくありません。

つい最近も定格を大幅に超える出力を得ることがありました。次の２つが典型的な例です。

• 気温18度で出力5.1kW
• 気温23度で出力4.9kW

この出力と温度の関係を考える前に、我家の屋根太陽光の出力に触れておきます。

太陽電池は東、南、西に分かれて設置されていますので、南向きに換算しています。

東：1.19kW、南：1.87kW、西：1.53kW

東、西には0.85をかけて合計する à 4.18kW

（一般的に東、西は南の85%の出力としているようです）

他の発電所との比較で微調整して　à 4.3kW

（屋根勾配は5寸、すなわち26.6度）

この換算が正しいかどうかは検討の余地がありますが、太陽電池の単純合計では4.59kW、半分以上が東、西向きで、設置角度も少し寝ています。

4.3kWでそれほど大きな誤差は無いだろうと思っています。

さて、ここで上の例を見てみますと、4.3kWどころか単純合計の4.59kWもかなり上回っています。

パネル温度が低いと出力は上がりますが、気温より下回ることは考えにくいので、25度より大きく下回っているとは考えにくい状況です。

どうも出力が大きすぎるような気がします。ソーラーシミュレータと自然光のスペクトルの差によるとしたら大きすぎるのでは・・・。

やはり光照射効果があるのでしょうか。

もう少し検討していきたいと思います。

1. 影に強い

太陽電池モジュールは多くのセルが直列に接続されているので、この内一つセルでも（影に入って）電流が減ると全体の電流が減ってしまうという弱点があります。これを避けるためにバイパスダイオードが使われますが、完璧なわけではありません。特に結晶系の太陽電池はセルが正方形なので、1－2個だけが影にすっぽり入ってしまうということは容易に起こり得ます。これに対し、CISは（アモルファス太陽電池もそうですが）セルが非常に細長いので、一つだけ影になるという現象が起こりにくくなります（勿論、建物の影などが細長く入る可能性はあります）。従って、影に強いということは言えるでしょう。ソーラーフロンティアも上記のような理由を説明し、影に強いことを明確に提示しています。

2. 熱に強い

私の自宅屋根太陽光発電はCISを使っています。設置して1年以上経ちますが、熱の影響に関しては結晶シリコンと同じかむしろ大きいのではないかという印象を受けています。CISはアモルファス太陽電池と同じく薄膜型の太陽電池で、アモルファスは見かけ上、熱に強いことを以前説明しました（アモルファスシリコン太陽電池の光劣化と温度特性）。CISも同じ薄膜太陽電池なので、アモルファスと同様に熱に強いと誤解されているのではないかと思います。

3. 低照度に強い

これもなぜこのような噂が生じたのか良く分かりません。想像するに、まず上記①に述べた影に強いことからの誤解、もう一つはアモルファスが室内光に強い（アモルファス太陽電池は蛍光灯に強い）のでCISも同じだと誤解されたことなどが理由として考えられます。別にアモルファスも低照度に強いわけではなく、蛍光灯などの室内光に強いだけで、分光感度のことなるCISは室内光にも強いとは言えません。

上記の内、②と③はユーザーの間で勝手に広まったものだと思います。ソーラーフロンティアはこのような説明をしていないと思いますし、またこれらを裏付けるデータを見たことがありません。

これら以外に劣化に強いという噂もありますがこれも怪しいと思っています。次回、これについて少し触れたいと思いますが、具体的データを持っていないので、あくまで参考意見として指摘しておきたいと思います。