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GaAs太陽電池

GaAs太陽電池とはどのような特徴を持っているのでしょうか?メリット・デメリットも解説しています。

GaAs太陽電池とは

GaAs太陽電池とは、ガリウム(Ga)とヒ素(As)の2種類の元素で構成された化合物半導体によって発電する太陽電池です。変換効率が高いというメリットがあり注目を集めている太陽電池です。

GaAs太陽電池

GaAs太陽電池は研究開発が進められているところで、現段階でいくつかの種類の構造があります。シャープが作成した最新のGaAsの太陽電池は、一番上のインジウムガリウムリン(InGaP)が青と緑、黄色の光を吸収し、中間にあるGaAs層で赤色、一番下にあるインジウムガリウムヒ素(InGaAs)は赤外線とさまざまな太陽の光を吸収します。

さまざまな波長の光を複数の化合物半導体の層でそれぞれ吸収することにより、効率的に発電できるという特徴を持っています。

参考リンク
・Wikipedia:ヒ化ガリウム

GaAs太陽電池のメリット

GaAS太陽電池の最大のメリットは、他の太陽電池モジュールに比べて圧倒的に変換効率が高いところです。日本の住宅用太陽光発電システムに最も普及している多結晶シリコン型太陽電池モジュールの変換効率が14%程度に対して、GaAs太陽電池は市販化されているもので28%の変換効率があります。

太陽電池モジュールの種類 変換効率
多結晶シリコン型 12 ~ 16%
GaAs太陽電池 28 ~ 44%

また研究段階ですが光を集約させるレンズ(300倍の集光効果)を使用した場合、44.4%の変換効率も達成しています。これはGaAs太陽電池が3層構造でたくさんの光をより効率的に吸収できるだけではなく、光エネルギーを電気エネルギー効率的に変換するエネルギーバンドキャップの値が理想的な1.4eVになっているメリットがあるためです。

太陽電池モジュールの種類 バンドキャップ
CIS太陽電池 1.04eV
CIGS太陽電池 1.25eV
CdTe太陽電池 1.5eV
GaAs太陽電池 1.4eV

さらに他の薄膜型太陽電池と同様に高い気温化でも発電効率が落ちず、薄膜化がしやすいため原料を有効に活用できるメリットもあり、放射線にも強いことから人工衛生などの太陽電池モジュールにも使用されています。

GaAs太陽電池のデメリット

非常に変換効率が高いGaAs太陽電池ですが、原料であるGaAs(ヒ素ガリウム)の価格が高いためコストパフォーマンスに優れていないというデメリットがあります。そのため高変換の性能を求められる人工衛生やソーラーカー、局所的な自家発電システムとしてのみ活用されています。

製造コストが高い点から集光レンズなどの工夫も研究開発されており、今後のコストダウンが課題となっています。また原料に有害物質の1つであるヒ素が使われているため、廃棄処理などの面でのデメリットも残されています。

GaAs太陽電池のまとめ

  • ガリウム(Ga)とヒ素(As)の2種類でできた化合物半導体によって発電する太陽電池
  • 発電効率が非常に高いというメリットがあり、熱や放射線にも強い特徴がある
  • 製造コストが高いというデメリットがあり、まだまだ普及には課題がある

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