現在、世界中の屋根、野原、砂漠を覆っているソーラーパネルのほとんどは、同じ成分である結晶シリコンを共有しています。原料のポリシリコンから作られたこの材料は、ウェーハに成形され、太陽光を電気に変換する装置である太陽電池に配線されます。最近、業界がこの特異なテクノロジーに依存していることが、ある種の負担となってきています。サプライチェーンのボトルネック速度が遅くなっている世界中の新しい太陽光発電施設。中国新疆ウイグル自治区の主要ポリシリコンサプライヤー —ウイグル族からの強制労働を行ったとして告発される—米国の貿易制裁に直面している。
幸いなことに、太陽エネルギーの利用に役立つ材料は結晶シリコンだけではありません。米国では、科学者と製造業者がテルル化カドミウム太陽電池技術の生産拡大に取り組んでいます。テルル化カドミウムは「薄膜」太陽電池の一種で、その名前が示すように、従来のシリコン電池よりもはるかに薄いです。現在、テルル化カドミウムを使用したパネル約40パーセントを供給米国の電力会社規模の市場の約5パーセントを占め、世界の太陽光発電市場の約5パーセントを占めています。そして、広範な太陽光発電産業が直面する逆風の恩恵を受けることになる。
エネルギーコンサルタント会社ウッド・マッケンジーの太陽光研究アナリスト、ケルシー・ゴス氏は「特に結晶シリコンのサプライチェーン全般にとって、非常に不安定な時期だ」と述べた。「来年にはカドミウムテルル化物メーカーがさらに市場シェアを獲得する可能性が大いにあります。」特にテルル化カドミウム部門はすでに規模を拡大していると彼女は指摘した。
6月、太陽光発電メーカーのファースト・ソーラーは、6億8000万ドルを投資するオハイオ州北西部にある第3のカドミウムテルル化物太陽電池工場で。2025年に施設が完成すると、同社はこの地域で6ギガワット相当の太陽光パネルを製造できるようになる。これはアメリカの約100万世帯に電力を供給するのに十分な量だ。オハイオ州に本拠を置く別の太陽光発電会社、トレド・ソーラーも最近市場に参入し、住宅の屋根用のカドミウムテルル化物パネルを製造している。そして6月、米国エネルギー省とその国立再生可能エネルギー研究所（NREL）は、2000万ドルのプログラムを立ち上げた研究を加速し、テルル化カドミウムのサプライチェーンを拡大する。このプログラムの目標の 1 つは、米国の太陽光発電市場を世界的な供給制約から守ることです。
NREL と First Solar (以前は Solar Cell Inc. と呼ばれていた) の研究者は、1990 年代初頭から協力して、テルル化カドミウム技術。カドミウムとテルル化物は、それぞれ亜鉛鉱石の製錬と銅の精錬の副産物です。シリコンウエハーが配線されて電池が作られるのに対し、カドミウムとテルル化物は、他の導電性材料とともにガラス板に薄い層（人間の髪の毛の直径の約10分の1）として塗布されます。First Solar は現在世界最大の薄膜メーカーであり、45 か国の太陽光発電施設にパネルを供給しています。
NRELの科学者ロレル・マンスフィールド氏は、この技術には結晶シリコンに比べて一定の利点があると述べた。たとえば、薄膜プロセスでは、ウェーハベースのアプローチよりも必要な材料が少なくなります。薄膜技術は、バックパックやドローンを覆うものや、建物のファサードや窓に統合されるものなど、柔軟なパネルでの使用にも適しています。重要なのは、薄膜パネルは高温下でより優れた性能を発揮する一方、シリコンパネルは過熱して発電効率が低下する可能性があることだと同氏は述べた。
しかし、結晶シリコンは、パネルが吸収して電力に変換する太陽光の割合を意味する平均効率など、他の分野で優位性を持っています。歴史的に、シリコンパネルはテルル化カドミウム技術よりも効率が高かったが、その差は縮まりつつある。今日の工業生産されたシリコンパネルは、18 ～ 22 パーセント一方、ファースト・ソーラーは、最新の商用パネルの平均効率が18パーセントであると報告している。
それでも、シリコンが世界市場を支配している主な理由は比較的単純だ。「すべてはコストの問題です」とゴス氏は言う。「太陽光発電市場は、最も安価な技術によって大きく動かされる傾向があります。」
結晶シリコンのコストは1ワット当たりの太陽光発電に約0.24～0.25ドルで、他の候補者よりも安いと彼女は述べた。ファースト・ソーラーは、カドミウムテルル化物パネルの製造にかかるワット当たりのコストを報告していないと述べ、コストは2015年以来「大幅に低下」したとだけ述べた。報告されているコストは 1 ワットあたり 0.46 ドルです— そして毎年減少し続けています。シリコンが比較的安価であることにはいくつかの理由があります。パソコンやスマートフォンにも使われる原料のポリシリコンは、カドミウムやテルルの供給源よりも広く入手可能で安価です。シリコンパネルと関連コンポーネントの工場が拡大するにつれて、この技術の製造と設置にかかる全体的なコストは低下しました。中国政府もまた、サポートされ、補助金を受けているこの国のシリコン太陽光発電部門は、約80パーセント現在、世界の太陽光発電製造のサプライチェーンは中国を経由しています。
パネルのコスト低下が世界的な太陽光発電ブームを牽引している。過去 10 年間で、世界の太陽光発電の総設置容量は、2011 年の約 74,000 メガワットから 2020 年の約 714,000 メガワットまで、10 倍近く増加しました。によると国際再生可能エネルギー機関。米国は世界全体の約 7 分の 1 を占めており、現在、太陽光発電は最大の情報源の一つ米国で毎年設置される新たな電力容量の割合。
テルル化カドミウムやその他の薄膜技術のワット当たりのコストも同様に、製造業の拡大に伴い縮小すると予想されます。(ファーストソーラー 言うオハイオ州の新しい施設が開設されれば、同社は太陽光発電市場全体でワットあたりのコストを最低水準にするだろう。）しかし、業界の現在のサプライチェーンの問題や労働問題が明らかにしているように、重要な指標はコストだけではない。
ファースト・ソーラーのマーク・ウィドマー最高経営責任者（CEO）は、同社が計画している6億8000万ドル規模の拡張は、自給自足のサプライチェーンを構築し、米国の太陽光発電産業を中国から「切り離す」ためのより大規模な取り組みの一環であると述べた。カドミウムテルル化物パネルにはポリシリコンは使用されていないが、ファースト・ソーラーはパンデミックによる海運業界の滞留など、業界が直面する別の課題を感じていた。ファースト・ソーラーは4月、米国の港の混雑によりアジアの同社施設からのパネル出荷が滞っていると投資家に伝えた。米国での生産量が増加すれば、同社はパネルの輸送に貨物船ではなく道路や鉄道を利用できるようになる、とウィドマー氏は語った。また、同社のソーラーパネルの既存のリサイクルプログラムにより、材料を何度も再利用できるため、海外のサプライチェーンや原材料への依存がさらに軽減されます。
First Solar がパネルを大量生産する中、同社と NREL の科学者はテルル化カドミウム技術のテストと改良を続けています。2019年のパートナーは、新しいアプローチを開発したこれには、薄膜材料に銅と塩素を「ドーピング」して、さらに高い効率を達成することが含まれます。今月初め、NREL結果を発表したコロラド州ゴールデンにある屋外施設での 25 年間にわたるフィールドテストの成果です。テルル化カドミウム パネルの 12 枚のアレイは、元の効率の 88% で動作していました。これは、20 年以上屋外に放置されていたパネルとしては良好な結果でした。NRELのリリースによれば、この劣化は「シリコンシステムの動作と一致している」という。
NRELの科学者マンスフィールド氏は、目標は結晶シリコンをテルル化カドミウムに置き換えたり、一方の技術が他方より優れていることを確立したりすることではない、と述べた。「市場にはそれらすべてに適した場所があり、それぞれに独自のアプリケーションがあると思います」と彼女は言いました。「私たちはすべてのエネルギーを再生可能資源に回したいと考えています。そのため、その課題に対処するには、さまざまな種類のテクノロジーがすべて必要です。」
投稿時間: 2021 年 9 月 17 日