太陽電池（solar cell / photovoltaic cell）は光のエネルギーを直接電気に変換する素子です。このページでは太陽電池の仕組みから種類・選び方まで、初心者向けに基礎から解説します。
太陽電池が発電する仕組み
1. 光電効果（フォトボルタイック効果）
太陽電池の発電原理は光電効果です。1905年にアインシュタインが理論化し、2021年のノーベル物理学賞の基礎にもなった現象です。
- 光（フォトン）が半導体に当たると電子が励起されて自由に動ける状態になる
- 励起された電子と残った「正孔（ホール）」が電荷の担い手になる
2. p-n接合による電荷分離
太陽電池はp型半導体（正孔が多い）とn型半導体（電子が多い）を接合した構造です。接合部に生じる電場（内部電場）が電子と正孔を反対方向に引き寄せ、電流を生み出します。
- 光が当たり電子-正孔対が生成
- 内部電場が電子をn側、正孔をp側に移動させる
- 外部回路で電子が流れ電流（電力）が取り出せる
変換効率とは
変換効率（PCE：Power Conversion Efficiency）は「入射した光エネルギーのうち、電気エネルギーとして取り出せた割合」です。
- 測定条件（標準テスト条件）：AM1.5G照射、照度1000W/m²、温度25℃
- 変換効率 = 出力電力 ÷ 入射光パワー × 100
- 効率を決める3つの要素：開放電圧（Voc）× 短絡電流（Jsc）× 曲線因子（FF）
太陽電池の主要種類
| 種類 | 材料 | 効率（モジュール） | 特徴 |
|---|---|---|---|
| 単結晶シリコン | Si（単結晶） | 20〜23% | 高効率・長寿命・高コスト |
| 多結晶シリコン | Si（多結晶） | 17〜20% | バランス型・最も普及 |
| CIGSタイプ | Cu-In-Ga-Se | 16〜19% | 薄膜・フレキシブル対応 |
| CdTe | カドミウム/テルル | 16〜18% | 米Firstsolarが量産 |
| アモルファスSi | 非晶質シリコン | 6〜10% | 低効率・室内向け・安価 |
| ペロブスカイト | ABX₃（鉛系） | 18〜22%（研究段階） | 急速進歩・商業化途上 |
| タンデム型 | ペロブスカイト/Si | 28〜34%（研究段階） | 理論限界超え・次世代主流 |
世代による分類
- 第1世代：単結晶・多結晶シリコン。現在の太陽光発電の主流（市場の90%以上）
- 第2世代：薄膜型（CIGS・CdTe・アモルファスSi）。低コスト・軽量だが低効率
- 第3世代：ペロブスカイト・有機太陽電池・量子ドット・多接合型。次世代技術として開発中
太陽電池から太陽光発電システムへ
太陽電池（セル）→複数枚を直列・並列接続したモジュール（パネル）→複数モジュールを接続したアレイ→インバーター（直流→交流変換）→電力系統への接続という流れで発電システムを構成します。