태양전지의 역사

태양전지의 역사 태양전지의 기본 구조가 1954년에 미국의 벨 연구소로 발명된 이래, 대략 50년이 경과했지만, 본격적으로 세계에서 검토되기 시작한 것은 제１차 오일 쇼크 후였다. 일본에서는 1974년에 선샤인 계획이 시작되어, 현재는 뉴선샤인 계획이라고 하는 것으로 탈바꿈을 계속하고 있다. 동시기의 1970 년대 중반 무렵, 미국에서도 에너지성(DOE)이 주도 해 지금까지 우주용으로 사용하고 있던 태양전지를 지상에 살리자고 하는 대규모 정부 프로젝트가 시작되었다. 즉, 연구개발이나 실용이기 때문에 실증 연구가 1975년경부터 시작되고 있다. 당시, 많은 기업이 벤처로서 참가해 왔다. 원래는 우주용 셀의 기술개발이 되고 있던 것이다. 우주와 지상에서는, 당연히 환경이 상당히 다르기 때문에, 신뢰성 외, 요구되는 성능이 다르다. 따라서, 우주용의 태양전지를 지상에서 사용하기 위해서 1970 년대 중반부터 다양한 기술이 시도되었다. 1980년대 초 정도까지는 집광형의 시스템을 시도하시거나 다양한 소재로 태양전지를 만드는 것을 시도하거나 했다. 그림 2에 나타나는 태양전지의 종류는, 거의 1980년대의 반까지 제안된 기술이라고 생각된다. 따라서, 현재의 태양전지 개발의 토대가 되고 있는 힌트의 대부분이 1980년대 전반에 나오는 감이 있다. 그리고 연구개발이 진행되어, 지상에서 실용적으로 사용할 수 있는 것으로서 시도해서 주류가 되었던 것이, 이 실리콘의 결정계의 단결정과 다결정이다. 민생용이라고 하는 분야에서는 어모퍼스 등도 많이 사용되었지만, 2000년까지 지상용의 발전설비로서 사용되어 온 것은 단결정과 다결정이라고 말할 수 있다.
그리고, 1980∼2000년까지의 20년간은 기술의 선택이 행해졌던 시대였다고 생각한다. 즉, 20년 걸려 어느 기술이 실용화에 가장 빠른가가 시도하여 현단계에서는 실리콘의 단결정이나 다결정이 남아 있다. 그리고 2000년이 되어 지금까지는 너무 우리에게 있어서는 익숙한 것이 없었던 태양전지의 구조나 소재에 대한 연구가 번성하게 되었다. 그림 2에는, 습식의 Gratzel 셀이나 후라렌 등의 카본 나노 입자에 의한 완전히 새로운 타입의 태양전지가 열거되고 있다. 원리적으로는 생각되었던 적이 있다고 생각하지만, 새로운 구조로 태양전지를 만드는 시도가, 주목을 받아 왔다. 과거 20년간에 용도 개발이나 기술의 선택이 되었습니다만, 종래 기술의 연장만으로 코스트 다운 목표를 달성할 수 있다고는 생각되지 않는다. 게다가 브레이크스르를 하기 위해서는, 다른 구조나 재료를 사용한 태양전지의 개발이 필요하게 되어 다시 한번 방향을 다시 보는 시기가 현단계라고 생각한다. 하나의 기술이 제안되고 나서 20∼25년에 성숙한 것이 아닙니다만, 지금은 앞이 어느 정도 보였다고 하는 단계에 오고 있습니다. 그리고, 새로운 기술의 시도가 되어 목적이 이루어지지 않으면, 다음 스텝에서 또 다른 소재를 검토하면 유연한 계획을 필요로 하는 것이 현재의 상황이고, 향후 한층 더 태양전지의 연구개발은 끝나지 않고 계속된다고 생각한다. 이것으로 좋다고 하는 한계가 안보이는 것이 태양전지 기술의 특징이고, 연구개발의 도중에서도 그 기술을 사용할 수 있는 것도 큰 특징이라고 생각한다. 어떠한 태양전지가 좋을지 말하면 각각 일장일단이 있다. 예를 들어, 화합물 반도체는 몹시 좋지만, 어디서에서도 살 수 있는 것이 아니다. 원료의 부존량도 생각해야한다. 한편, 실리콘 반도체는 용이하게 살 수 있기 때문에, 부담없이 사용할 수 있다. 따라서, 무엇이 좋을것인가 라고 하는 것은 그 시대의 기술의 성숙도 장래성을 어떻게 추측할까로 보편적으로 이것이 좋다고 하는 소재는 없다고 나는 생각하고 있다.
제1강으로 다결정의 연구개발에 관해서, 우리의 대형 셀로 낸 17.2%라고 하는 효율을 빈천선생님이 말하고 있다. 빈천선생님은, 연구실의 성과는 7년 정도로 실용화한다고 하는 것을 경험값으로부터 진술되고 있지만, 실제로 연구실의 챔피언 데이터가 것이 될 때까지는 그 정도의 시간을 필요로 한다. 예를 들어, 누군가가 20∼22%의 효율을 내는 구조의 그림을 나타내는 것만으로, 태양전지 개발의 관계자에게는 그 제작방법까지 알아 버려 바로 같은 구조로 만든다. 태양전지의 기술이라는 것은, 그 정도로 단순한 기술이다. 어려운 것은, 효율20%를 넘기는 태양전지를 만들었을 경우, 얼마나 양산 프로세스에 넘을까 하는 것이다. 앞에 서술한 단결정이나 다결정에는 상당히 긴 역사가 있기 때문에, 현재, 메이커는 로폿트 등에 의해 거의 자동화로 만드는 것 같은 단계에 있다. 메이커의 공장에서는, 인간은 장치의 관리를 할 뿐이다. 따라서, 공정이 있는 정도의 일부 교환이나 조건의 변경은 가능하지만, 그것을 완전히 다른 프로세스로 바꾸어 버리는 것은 매우 어려운 것이 있다. 즉, 공장에서 대량생산하기 위해서는, 상당한 수명의 긴 기술을 채용하지 않으면 돌이킬 수 없는 상황이 되어 버리는 경우가 나온다. 따라서, 양산 기술을 가지고 있는 기업 정도 신기술을 채용하기에는 결단이 필요하다. 우리는 다결정으로 대형의 15 cm각 셀을 만들고 있어 최종적으로 20% 낮은 레벨까지는 가지고 싶다고 생각하고 있다. 그러나, 어느 시점 나오고 어디서 할 수 있을지, 이 기술로 어디까지 안될까에 대해서는, 아직 지켜보지 않은 포인트가 몇 개 있다. 다결정 한 자루만으로 개발해 나갈지 어떨지는, 무엇으로 사업을 할까에 크게 관련되어 온다. 예를 들어, 전제 한 다른 소재나 구조가 큰 일 좋게 그 사업을 행하는 경우, 그 기술을 도입한다, 혹은 회사마다 사 버리는 것도 있을 수 있다고 생각한다. 즉 여기에서 먼저 어느 기술을 채용해 얼마나 투자하면, 우리들이 행하는 사업에 알맞을까하는 선택이 필요해 온다. 다결정 기술이 완성한 것에서도 단념해서 그런 것이 아니다. 기술이라고 하는 것은 좀처럼 브레이크가 걸리기 어렵고, 또 돌연 있는 기술이 시장을 석권하는 일도 없다. 예를 들어, 일본에서 결정계의 기술로부터 박막계의 기술에 이행했다고 해도, 세계에는 결정계의 기술 방법을 선택하는 지역도 남는다고 생각한다. 이 태양전지에 있어 세계를 시장으로서 보았을 경우 예를들면 어떤 지역에서는 이 기술에서도 아직 통용된다든가, 오히려 효율이 낮아도 수명이 긴 것이 선택되는 것도 있다. 따라서, 있는 시점에서 기술이 갑자기 바뀌는 것은 절대로 없다. 태양전지의 종류로 말하면 결정계나 박막, 화합물 등이 동시대에 장소나 용도를 바꾸어 사용되어 조금씩 쉐어가 변해가게 된다고 생각한다