この記事で分かること
- ヘテロ接合技術とは：性質の異なる「結晶シリコン」と「アモルファスシリコン」を重ねる技術です。表面を薄膜でコーティングすることで電気の消滅ロスを防ぎ、高い電圧と優れた耐熱性を実現。カネカが世界一の効率を記録した得意技術です。
- 中間層とは：上下2層の電池を繋ぎ、電気をスムーズに流す「直列接合」の役割を担う極薄膜です。光を100%透過させて下段に届ける透明性と、異なる材料同士の干渉を防ぐ保護壁の機能を併せ持つ、タンデム型の心臓部といえます。
- 中間層に使用される物質：主にITO（酸化インジウムスズ）などの透明導電酸化物が使用されます。光を透過させつつ、上下で発生した電気を合流させる「再結合層」として機能します。カネカはこれに加え、独自のシリコン薄膜技術を応用した層でロスを最小限に抑えています。
ヘテロ接合技術と中間層
化学大手のカネカは、2028年度に「タンデム型ペロブスカイト太陽電池」の製品販売を開始するという計画を打ち出しています。
https://www.nikkei.com/article/DGXZQOUC097H00Z00C26A2000000/
同社はすでに世界最高水準の「ヘテロ接合結晶シリコン太陽電池」を量産しており、その上にペロブスカイトを積層させることで、他社にない高効率・高耐久な製品を作れる強みがあります。
前回はタンデム型ペロブスカイト太陽電池の概要に関する記事でしたが、今回はカネカの製造における強みに関する詳細記事となります。
タンデム型ペロブスカイト太陽電池とは何か
タンデム型ペロブスカイト太陽電池は性質の異なる2種類の太陽電池を重ね、太陽光を余さず吸収する次世代型電池です。上段のペロブスカイトが短波長、下段のシリコン等が長波長の光を分担して発電するため、従来の限界を超える高い発電効率を実現します。
優れた効率を持つものの、ナノ単位の厚みで大面積にムラなく塗布する難しさ、湿気や熱に弱く長期耐久性が低い点、そして下段のシリコン層と性能を損なわずに重ねる積層プロセスの複雑さが、量産化における大きな障壁です。
カネカは世界一の効率を誇るヘテロ接合シリコン技術、自社製シリコン電池を土台に、表面の微細加工や独自の「中間層」技術で高品質な積層を実現しています。さらに、蓄積した封止ノウハウを活かした実証試験を先行させ、屋外での長期耐久性を高めています。
ヘテロ接合技術とは何か
「ヘテロ接合技術」とは、異なる性質を持つシリコン（結晶シリコンとアモルファスシリコン）を組み合わせることで、発電効率を飛躍的に高める技術です。カネカはこの分野で世界トップレベルの技術力を誇っています。
1. 「ヘテロ」＝「異なる」という意味
従来のシリコン電池は、1種類のシリコン（結晶シリコン）で作られています。一方、ヘテロ接合型は以下の2つをサンドイッチ状に重ねます。
- 結晶シリコン： 電気を通す力は強いが、表面で電気が逃げやすい弱点がある。
- アモルファスシリコン： 原子がバラバラなシリコン。薄膜で、結晶シリコンの表面を優しく「コーティング」して守る役割。
2. なぜ効率が良いのか
結晶シリコンの表面にアモルファスシリコンの薄膜を重ねることで、「電気の出口（接合部）でのロス」を劇的に減らせるからです。
これを「パッシベーション（不活性化）」と呼び、生まれた電気が消滅するのを防ぐことで、高い電圧を取り出せるようになります。
3. 温度変化に強い
通常の太陽電池は夏場の高熱に弱い（発電効率が落ちる）のですが、ヘテロ接合型は熱による出力低下が少ないという実用的な強みも持っています。
カネカは、この「平らでロスが少ないシリコン電池」を土台に使うからこそ、その上にペロブスカイトを綺麗に重ねることを可能にしています。
性質の異なる「結晶シリコン」と「アモルファスシリコン」を重ねる技術です。表面を薄膜でコーティングすることで電気の消滅ロスを防ぎ、高い電圧と優れた耐熱性を実現。カネカが世界一の効率を記録した得意技術です。
アモルファスシリコンとは何か
「アモルファスシリコン」とは、一言でいうと「原子が不規則（バラバラ）に並んだシリコン」のことです。これを結晶シリコンと重ねることで効率が上がる理由は、表面の「傷」を塞いで電気のロスをゼロに近づけることができるからです。
1. アモルファスシリコンとは
通常の「結晶シリコン」は原子が規則正しく並んでいますが、「アモルファス（非晶質）」はあえてバラバラな状態で膜にしたものです。
- 特徴： 非常に薄く作ることができ、光を吸収する力が強い性質があります。昔の電卓のソーラーパネルなどに使われていた技術です。
2. 重ねることで効率が良くなる理由（ヘテロ接合）
結晶シリコンの上にアモルファス層を重ねる（ヘテロ接合する）と、以下の2つの大きなメリットが生まれます。
① 「電気の逃げ道」を塞ぐ（パッシベーション効果）
結晶シリコンの表面は、原子の並びが途切れているため、いわば「切り口」のような傷（欠陥）がたくさんあります。
- 単体の場合： 発電した電気がこの表面の傷に捕まって消えてしまい、ロスが発生します。
- 重ねた場合： アモルファスシリコンがこの傷を優しく覆って「フタ」をします。これにより電気が消滅せずにスムーズに取り出せるようになり、電圧（パワー）が大幅にアップします。
② 高温に強くなる
太陽電池は熱に弱く、夏場の屋根の上などでは発電効率が落ちてしまいます。しかし、アモルファスシリコンと結晶シリコンを組み合わせることで、熱による性能低下を半分近くに抑えることができます。
カネカはこの「アモルファスを薄く均一に塗る技術」で世界トップのノウハウを持っています。
アモルファスシリコンは原子が不規則に並んだ薄膜素材です。結晶シリコンの表面にある「原子の傷」をこの膜で覆うことで、発電した電気の消滅ロスを防ぎ、高い電圧と優れた耐熱性を実現できるため効率が向上します。
なぜ熱に強くなるのか
太陽電池が「熱に弱くなる」主な原因は、温度が上がると半導体内の電子が活発になりすぎて、せっかく生み出した電気が逃げやすくなる（電圧が下がる）ことにあります。アモルファスシリコンを重ねることで熱に強くなる理由は、主に以下の2点です。
1. 「逃げ道」が徹底的に塞がれているから
通常のシリコン電池は、温度が上がると表面の「原子の傷（欠陥）」での電気のロスが急増します。しかし、ヘテロ接合技術ではアモルファスシリコンがこの傷を「パッシベーション（不活性化）」という効果で完璧に近い状態で封鎖しています。
温度が上がっても電気が逃げる隙間がほとんどないため、性能が落ちにくくなります。
2. 取り出せる電圧（開放電圧）が高いから
アモルファス層を重ねると、最初から取り出せる電圧が非常に高くなります。
- 物理的特性： 元々の電圧が高いと、熱による電圧低下の影響を相対的に受けにくくなります。これは「高い堤防を作っておけば、多少水位が下がっても十分な水を確保できる」ようなイメージです。
この「熱に強い」という性質は、夏場にパネルが高温になる日本の住宅屋根において、実質的な発電量を増やす大きな武器になります。
温度上昇で活発化した電子が表面の傷から逃げるのを、アモルファス層が「フタ」をして徹底的に防ぐからです。元々取り出せる電圧が非常に高いため、熱による電圧低下の影響を最小限に抑え、夏場でも安定して発電できます。
中間層とは何か
タンデム型太陽電池における「中間層」とは、上段（ペロブスカイト）と下段（シリコン）をつなぐ、厚さわずか数ナノメートルの極薄な「接合部」のことです。
単に2つを重ねるだけでは電池として機能しないため、中間層が以下の3つの重要な役割を果たしています。
1. 電気が流れる「通り道」を作る（再結合層）
太陽電池は、上段と下段のそれぞれでプラスとマイナスの電気が発生します。
- 課題： 上段の底（マイナス側）と下段の頭（プラス側）が触れ合う場所で、電気がスムーズに合流して打ち消し合う（再結合する）必要があります。
- 役割： 中間層はこの電気の合流地点として機能し、2つの電池を「直列つなぎ」の状態にして、高い電圧を生み出せるようにします。
2. 光を邪魔しない「透明な橋」
中間層は、上段で吸収されなかった光を下段へ届ける必要があります。
- 役割： 光を反射したり吸収したりせず、ほぼ100%透過させる「透明性」が求められます。カネカは自社の透明導電膜技術をここに活用しています。
3. 材料同士の「バリアと接着」
ペロブスカイトとシリコンは全く性質が異なる物質です。
- 役割： 下段のシリコンに含まれる成分が上段に染み出したり、逆にペロブスカイトの溶剤が下段を傷めたりするのを防ぐ「保護壁」と「接着剤」の役割を同時にこなします。
この中間層の設計こそが、カネカが「28年度発売」を支える技術的優位性のひとつです。
上下2層の電池を繋ぎ、電気をスムーズに流す「直列接合」の役割を担う極薄膜です。光を100%透過させて下段に届ける透明性と、異なる材料同士の干渉を防ぐ保護壁の機能を併せ持つ、タンデム型の心臓部といえます。
どのような物質が使用されるのか
「中間層（再結合層）」は、上段と下段の電池を電気的に直列につなぐ重要な役割を果たしており、主に透明導電材料が使用されます。
カネカのようなタンデム型において、一般的に使用される物質とその特徴は以下の通りです。
1. 主な使用物質
- ITO（酸化インジウムスズ）： 最も一般的な透明導電膜です。高い導電性と光の透過性を両立しており、カネカもこのITOの成膜技術に強みを持っています。
- IZO（酸化インジウム亜鉛）： ITOよりも低温で成膜しやすく、下地のペロブスカイト層を傷めにくいというメリットがあります。
- ZnO系（酸化亜鉛など）： アルミニウムなどを添加（AZO）して導電性を高めたものが、コスト低減の候補として研究されています。
- ポリシリコン（多結晶シリコン）： 最近では、より電気の流れをスムーズにするため、トンネル効果を利用した極薄のシリコン層が使われることもあります。
2. 中間層に求められる「3つの条件」
単に材料を選ぶだけでなく、以下の高度な設計がなされています。
- 究極の薄さ： 厚すぎると光を吸収してロスになるため、ナノ単位の極薄膜である必要があります。
- 仕事関数の調整： 上下の電池から出てくる「電子」と「正孔（穴）」が、この層でスムーズに合流（再結合）できるよう、エネルギーレベル（仕事関数）を精密に調整した物質が選ばれます。
- バリア機能： ペロブスカイト側のヨウ素などの成分がシリコン側に漏れ出さないよう、安定した化学的バリアとしても機能する必要があります。
カネカは、自社の強みである「透明導電膜の成膜技術」を活かし、この中間層をいかに薄く、かつ低抵抗で作るかで他社と差別化を図っています。
主にITO（酸化インジウムスズ）などの透明導電酸化物が使用されます。光を透過させつつ、上下で発生した電気を合流させる「再結合層」として機能します。カネカはこれに加え、独自のシリコン薄膜技術を応用した層でロスを最小限に抑えています。
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