単結晶について

「単結晶」とは?

単結晶シリコン太陽電池の拡大図

「単結晶」、またの名を「単結晶シリコン太陽電池」といいます。
数ある太陽電池の中でも1954年にアメリカのベル研究所から発表され、そこから現在まで使用されている歴史ある太陽電池です。

単結晶は「チョクラルスキー法」といわれる製造方法で作られており、1つの大きな結晶となったものを指します。またシリコン原子が規則的に並んでいるため、モジュール表面には切れ目や割れ目がなく、見た目が一律した綺麗な仕上がりとなっています。

「チョクラルスキー法」とは?

単結晶の製造方法であるチョクラルスキー法とは半導体や金属などに使用される超高純度の単結晶を成長させる方法です。
簡略化した手順は以下の通りとなります。

製造方法

(1)原料を高純度の石英るつぼに投入し、高温1420℃前後の熱で溶かします。
(2)小結晶を種としたシリコン棒を投入し、回転させながら引き上げることでインゴットとなった単結晶を取り出します。
(3)出来たインゴットは直径が均一になるよう外周を研削し、これを0.2mm程度の厚さにカット。研磨などの必要な加工を施し、洗浄、品質を検査します。
(4)その後出来上がったセルをモジュール化することで、最終的に単結晶シリコン太陽電池となります。

単結晶のメリット&デメリット

単結晶のメリット

■発電が安定しており、高い変換効率を誇る
単結晶は多結晶と比べシリコン原子が規則的に並んでおり高純度のため、シリコンの力を最大限に活かすことができます。たとえ曇りや雨など天気が悪くても安定して発電を行い、変換効率も非常に優れています。
特に東芝はメーカーの中でも世界トップレベルの変換効率を誇っており、250Wの製品で20.1%という変換数値に達しています。

■小さな屋根でも大きな容量で設置可能
小面積の屋根であっても単結晶ならばモジュール1枚1枚の発電、変換効率が高いため、設置するモジュールの枚数が少なくても大きな容量で太陽光発電を設置することが可能です。

単結晶のデメリット

■価格が高い
単結晶は多結晶とは異なり、その製造には1420℃という高温条件が必須であり多大なエネルギーが必要となります。また高純度のシリコンを原料とし、これを大量に使用するため製造工程、材料に掛かる負担から、価格は多結晶のものよりも高価です。

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