ソーラーパネルが主に青または黒なのはなぜか？

製品紹介

晴れた日を想像してください。

あなたは屋根の端に立ち、太陽の下で静かに横たわるソーラーパネルの列を見ています。太陽光自体は白いのに、それらのパネルは白でも、金色でも、透明でもありません。

そのほとんどは青か黒です。

そして、ここで非常に自然な疑問が浮かびます。ソーラーパネルが太陽光を捉えるために存在するなら、なぜそんなに暗いのでしょうか？ 私たちの直感では、白が最も明るく、銀が最も輝き、金が最も太陽らしいと言います。しかし、実際に電気を作るパネルは、青黒いガラスの板のように見えます。

ソーラーパネル製造機械のサプライヤーとして、 ソーラーパネル製造機械 およびソーラーパネル生産ラインのターンキーソリューションを提供するOoitechは、オールブラックモジュールの生産ラインを提供できます。

これは実際には美学の問題ではありません。それは、人間と太陽光の間の数十年にわたる工学的な交渉です。

青い多結晶シリコン対黒い単結晶シリコン

キャプション：ソーラーパネルの青と黒は単なる塗料ではありません。結晶構造、反射防止膜、光吸収効率の複合的な結果です。

まず、日常的な経験から始めましょう。夏の太陽の下で黒を着るとより暑く感じます。白を着るとより涼しく感じます。白い服は多くの光を反射して遠ざけます。黒い服はより多くの光を吸収します。

ソーラーパネルも同じように機能します。ほとんどの物体にとって、素敵な輝きは見栄えが良いものです。しかしソーラーパネルにとって、反射は無駄です。太陽光のビームがパネルに当たり、空に跳ね返ると、それは決して電気にはなりません。シリコンの内部に入る光だけが、電子を活性化して電流を形成するチャンスを持ちます。米国エネルギー省も明確に述べています：シリコン層が光を吸収し、電子が励起され、それらが移動することで電流が生じます。

したがって、最初からソーラーパネルは白くなりたくないのです。白は「太陽光が来たが、空に返した」と言っています。青黒は「太陽光が来たが、できるだけ多くを保持している」と言っています。

技術パラメータ

なぜ多くの古いパネルは青いのでしょうか？

これは、過去に非常に一般的だったタイプのパネル、多結晶シリコンに遡ります。

多結晶シリコンは、単一の完全な結晶ではありません。それは、多くの小さな粒が集まったものです。凍った湖の表面を想像してください。ひび割れた氷の模様でいっぱいです。それぞれの粒は、わずかに異なる方向を向いています。太陽光が当たると、場所ごとに少しずつ異なる反射をします。それが、多結晶パネルがしばしば青や濃い青に見え、表面に微かなひび割れた氷の割れ目のような金属的な質感を持つ理由です。

つまり、多結晶シリコンの青は塗料ではありません。それは、太陽の下で見えるシリコン結晶の質感のようなものです。

しかし、その青は結晶だけから来るわけではありません。パネル表面には、反射防止コーティングと呼ばれる非常に薄い層があります。この用語は技術的に聞こえますが、理解するのは簡単です。メガネをかけているとき、一部のレンズにはかすかな青紫や緑の反射があります（今見ているスマホの画面も同じです）。あの膜は装飾ではありません。反射を減らして、より多くの光がレンズを通過できるようにします。

パネルも同じです。シリコンは実際にはそれ自体かなり反射性があります。処理をしないと、太陽光の一部はウェーハ表面から直接跳ね返ります。そこでエンジニアはウェーハにテクスチャを施し、反射防止コーティングを堆積させて、より多くの光がシリコンに入るようにします。DOEが結晶シリコンモジュールの製造を説明するとき、セルの前面に反射防止コーティングを堆積させることが、セル製造工程の一つとして挙げられています。

ウェーハ表面の走査型電子顕微鏡画像

キャプション：顕微鏡下では、ウェーハ表面は滑らかな平面ではなく、小さなピラミッドが密集したフィールドです。このテクスチャは反射を減らし、より多くの太陽光をウェーハ内部に閉じ込めます。

反射防止コーティングは、優しい入り口のようなものと考えられます。空気とシリコンの光学差が急すぎると、光は反射しやすくなります。間に遷移層があれば、光はウェハーに滑り込みやすくなります。NRELのブラックシリコン材料は、この論理にうまく適合する線を持っています：反射が少ないほど吸収が多く、効率が高く、より多くの電力を意味します。標準的なテクスチャリングと反射防止層により、セルは太陽光の約93%～97%を吸収できますが、ブラックシリコンプロセスではウェハーが入射光の98%以上を吸収できるため、黒く見えます。これは明確に一つのことを示しています：パネルが高効率を目指すほど、反射できる光を減らさなければなりません。

青は初期のポリシリコンとその反射防止膜のわずかな残光です。黒はシリコンが光を吸収することを学んだ後の姿です。

技术优势

その後、黒いパネルはますます一般的になりました

この背後にはもう一人の主役がいます：単結晶シリコンです。

単結晶シリコンは、一様な方向と整った構造を持つ単一のブロックに似ています。ポリシリコンのような割れたテクスチャを持たないため、表面はより均一で深く、黒に近いように見えます。

ポリシリコンが青いひび割れた氷のシートのようなものなら、単結晶シリコンは黒曜石のようなものです。

多くの住宅用屋根は現在、オールブラックのモジュールを好みます。遠くから見ると、工業部品のグリッドのようには見えません。整然と並べられた黒いガラスのように見えます。DOEのデータによると、2022年までに単結晶シリコンは世界の太陽光モジュール出荷量の96%を占め、現在のモジュールで最も一般的な吸収材料となり、工業生産されたモジュールは通常、実効効率が約20%～22%に達します。

つまり、黒は単に高級に見えるだけではありません。その背後には、より均一な結晶、より成熟した製造、より低い反射、そしてより効率的な光吸収経路があります。

• 単結晶シリコンによるより均一な結晶構造

• 表面反射が低く、内部に閉じ込められる光が多い

• 吸収率が高く、ブラックシリコンで98%以上に達する

• 現代の屋根で好まれる、よりクリーンなオールブラックの外観

• 大量展開に適した成熟した低コスト製造

製品用途

太陽光発電の歴史に戻る

1954年、ベル研究所は初の実用的なシリコン太陽電池を発表しました。その効率はわずか約6%でした。今日の基準では6%は低く見えますが、当時は小さなおもちゃを回すのに十分で、日光が単に服を乾かし肌を温める以上のことができると初めて人々に信じさせるのに十分でした。それは直接電気に変えることができたのです。アメリカ物理学会もこの歴史を記録しています。ベル研究所は1954年4月25日に初の実用的なシリコン太陽電池を実演し、初期のシリコンセルの効率は約6%でした。

1954年ベル研究所の太陽電池の歴史的な写真

キャプション：初期のシリコン太陽電池はあまり効率的ではありませんでしたが、現代の太陽光発電への扉を開きました。

それは始まりのようなものでした。初期のセルは高価で小さく、研究室からの未来のおもちゃのように感じられました。その後、宇宙へ行きました。衛星は石炭を運べず、毎日バッテリーを交換することもできないため、太陽電池はその最良のエネルギー源となりました。その後、ウェーハはより薄くスライスされ、プロセスは成熟し、コストは下がりました。かつて研究室や宇宙船だけにあった青黒い薄片は、ゆっくりと砂漠、工場、学校、カーポート、そして普通の屋根へと広がっていきました。

色もその過程で変わりました。初期の一般的な青い多結晶シリコンから、今やますます一般的になっている黒い単結晶シリコンへ。それは単により深い色合いに見えるかもしれません。しかしその背後では、サプライチェーン全体が前進していました。

反射が少なく、吸収が多く、効率が高く、コストが低く、大規模展開に適しています。そして色はどんどん濃くなっていきました。

現代の屋根の上の黒いモジュール

キャプション：現代の住宅では、黒またはオールブラックのモジュールがますます使用されています。見た目がすっきりしており、単結晶シリコンと低反射設計の成熟を反映しています。

パネルを赤や緑、金色にできますか？

もちろんできます。

建材一体型太陽光発電には、すでに色付きモジュールがたくさんあります。都市の建物は必ずしも黒いガラスの壁を望むわけではないため、エンジニアは特殊なコーティング、テクスチャ、封止材を使用して、パネルをグレー、レンガ色、緑、さらには通常のカーテンウォールに近い色調に変えます。

しかし、その代償は明白です。赤く見えるのは、赤い光の一部を反射しているからです。緑に見えるのは、緑の光の一部を反射しているからです。そして反射した光はセルに入って発電することはありません。つまり、発電量の損失と発電効率の低下を意味します。色付きPVは不可能ではありません。ただ、見た目と効率の間で新たな交渉が必要なだけです。

より美しい色が、より優れたパネルを生むわけではありません。成熟したエンジニアリング設計は、しばしば最も派手な選択肢ではなく、長期的に見て最も信頼性が高く、最も効率的で、最も費用対効果の高い選択肢に落ち着きます。

お問い合わせとご購入

だから、屋根の上のその青黒い部分をもう一度見てください。

太陽光パネルがたまたまこのように見えるわけではありません。それは、シリコン材料、結晶構造、反射防止膜、製造コスト、発電効率が一緒になってふるい分けた結果なのです。

青は装飾ではありません。黒は好みの問題ではありません。

それは、パネルが太陽の光を空に返したくないと伝えているのです。光を閉じ込め、電子を目覚めさせ、目に見えない光子を目に見える電流に変えたいのです。太陽が雲の間から降り注ぎ、その静かな青黒い面に降り立ちます。轟音もなく、煙突もなく、炎もありません。ただ、光がシリコンに入り、電子が動き始め、電流が細い金属の指に沿って遠くへ流れていくだけです。

その瞬間、太陽光パネルは太陽によって全面に文字が書かれた黒いページのようです。そして、人間がそこに読み取るのは、簡潔な小さな答えです。

もう少し多くの太陽光を取り込むために、シリコンは青黒い服をまとったのです。

Ooitechの見解

青いポリからオールブラックのモノへの移行は、単なる色のトレンドではなく、反射率をゼロに近づけるための製造の物語です。モジュール側では毎日それを見ています。均一なモノセル、緻密なテクスチャリング、クリーンなラミネーションが、オールブラックのパネルをシャープに見せ、性能を維持するのです。これらの黒いモジュールが実際のラインでどのように作られるかを見たいなら、私たちのYouTubeチャンネル www.youtube.com/ooitech で工場の現場を間近に見ることができます。太陽光製造に興味があれば、チャンネル登録する価値があります。