低コスト化する太陽光発電

岡田 太陽光発電について濱川先生は日本の第一人者でいらっしゃいますが、ここのところ日本における電力の使い方が変わってきているそうですね。どうも家庭で消費される電力が５０％近いと聞きました。それなら屋根に太陽電池をつけて太陽エネルギーを電気に変えられれば、そのほうが環境的にも素晴らしいのではないか。しかし一方では、太陽光発電はコストパフォーマンスが悪いといわれる。今日は電力需給において太陽光発電が将来的にどのように進んでいくか、お話しいただければと思っています。

濱川 たしかにこの１０年、先進国では民生用の電力需要がどんどん増えてきています。未来学者のシミュレーションによりますと、電力供給資源としては太陽光など再生可能（リニューアブル）エネルギーと原子力を合わせたものが、石油、天然ガスなどの化石エネルギーと半々になるのが２０４０年と推定されています。

岡田 原子力も環境との問題が非常に大きく、原料のウランそのものもそれほどたくさんあるわけじゃないですね。

濱川 ウランの可採年数もあと７０年くらいですね。

岡田 それも先が見えている。

濱川 石油、天然ガスも可採年数はあと４０年と６０年ほどです。この可採年数とは残存埋蔵量の目安でして、現在のコスト範囲で掘り出せる埋蔵量を年間採掘量で割ったものです｡これでいうと、石炭以外の一次エネルギー資源は今世紀中に全部なくなってしまうわけです。

岡田 しかし、太陽電池に使われる原料として主流のシリコンはいっぱいある。

濱川 固体で存在する資源でいちばん多いのはシリコンなんです。そこらへんの山から掘り出した石コロも主成分は酸化シリコンですからね。

岡田 そういう意味では無限に近いと考えてよいわけですか。

濱川 ただ、純度を上げるのにコストがかかる。そして現在、高純度のシリコンの水晶が採れる場所が、これまた限られている。ノルウェー、北朝鮮、ベネズエラなどですね。そこから採ってきて純化しないと高くついてしょうがない。日本では主にノルウェーから輸入しています。コストパフォーマンスという点では、純化された金属シリコンを低コストで作る新技術が開発されないと革命的には安くはならない。

岡田 しかし、工夫次第では…。

濱川 仮定の話ですが、将来、北朝鮮との国交回復がうまく進めば、そして、北朝鮮の水晶が超高純度ならば、これをアムール河の水力（発電）で、ある程度精製して新潟あたりまでもってくる。そうすると値段も安くなるでしょうし、環日本海プロジェクトとして新しい産業が生まれ、地域の活性化にもなりそうですね。

岡田 以前、関西電力で話をする機会があったときに太陽電池の研究を見せてもらったんですが、そのときは「ご家庭で20年使ってもらうとペイできる」ということでした。

濱川 今はもっと早くなりました。太陽電池の低コスト化は、量産化によっても進みます。たとえば、同じく半導体を材料とするＩＣ（集積回路）もそうです。私は、ほんとは右手はそっちをやっていまして、太陽電池は左手なんですね（笑）。左手のほうばかりが流行ってるように見えるみたいですけれど…。７０年代のＩＣというのは、記憶容量がわずか２５６ビットぐらいで１万円以上した。８０年代には６４キロビットと記憶容量が大幅に増えて同じくらいの値段。つまりたくさん作れば安くなり、安くなればより広い応用分野で使われ、さらに量産化できるという“ぐるぐる廻りの効果”（スケールメリット）によって９０年には４メガビットで数百円になりました。太陽電池も半導体製品ですので、今後、量産化が進みますと投資の回収年数はもっと早くなります。

岡田 僕が聞いたのは、ずいぶん前でしたからね。

濱川 一方、技術の進歩で太陽電池の寿命も延びていまして、建築メーカーのある人は「屋根材として太陽電池を使えば（屋根一体型）、家より長くもちますよ」と冗談でいわれます。まあ、アメリカのエネルギー省が設定しているのは３０年。日本のニューサンシャイン計画では２０年は保証しています。しかし、一般に半導体製品は表面管理（パシベーション）に敏感でこれが不完全だったり、太陽電池のように屋外で雨曝しになりますとモジュールのガラス面に水あかがたまったりしますからね。

岡田 性能は落ちるわけですね。

濱川 そのとおりです。また最近、新型の太陽電池も出てきてましてね。いわば太陽エネルギーを一口で食べるんじゃなく、二口で食べるというものです。太陽電池というのは使われる半導体の種類によって電気に変えられる太陽光スペクトルの波長帯が決まっている。そこで、電気に変えられる波長帯の異なる２種類の太陽電池を二階建に積んだタンデム（スタック）型太陽電池が製造されるようになりました。２頭立ての馬車のことをタンデム馬車といいますが、そのタンデムです。実はこれは日本で誕生した技術なんです。※１９７９年に特許を取りまして、９９年で特許が切れましたので、それ以降全世界でワーッと作り出されました。

※Hamakawa et al.,United State Patent 4,271,328
（Jun.2,1981,Foreign Application Priority Data-Mar.20,1979［JP］Japan 54/32993）

半導体でクリーンな環境づくり

岡田 そもそも濱川先生が太陽光発電の研究に進まれたきっかけのようなものをちょっとお話しいただけませんか。

濱川 私はもともと半導体の研究者なんですが、この材料でまず興味を引いたのは、光を当てると電気を運ぶキャリア（マイナスの電荷をもった電子とプラスの電荷をもった正孔）が増えることです。そんなことができる材料は半導体だけです。この光が当たると電気伝導度が増えるという原理が、太陽電池や光センサーに使われています。逆に電圧を加えると光を出し、発光ダイオードとかレーザーに応用されています。半導体の種類によってユニークに波長の感度や発光色が決まる。私は１９６５年から２年間、アメリカのイリノイ大学でJ.バーディン教授（トランジスタの発明とBCS理論で２つのノーベル賞を受賞）の研究室に客員助教授として滞在したとき、私は実験家なので半導体の特性（電子帯構造）を調べる“変調分光法”という新しい手法を開発しました。それで大阪大学に帰ってからも、当時、相次いで誕生していたいろんな半導体の構造を調べ上げたんです。しかし、同じ手法で簡単にできるものだから、測定システムが確立した段階では、物理の研究としてはあまり面白くなかった。

岡田 簡単にちゃんとできるというのがいちばんすごいんですけどね。

濱川 そこで次の仕事として考えたのが、半導体の特性のほうを、ムラサキ色の光を出すとか自分の思ったとおりにデザインできないか、つまり、「設計可能な半導体（Synthetic Material）の創製」ですね。それでやりだしたのが、アモルファス（非結晶）半導体です。

岡田 そうですか。

濱川 前置きが長くなりましたが、１９７２年に先ほどの変調分光法の第１回国際会議がアリゾナ大学で開かれまして、そのときに野外での夕食会に招かれ、真夏の夕空にキラッと光って飛ぶ人工衛星を見て大感激！たまたま同じテーブルに同席された天文学者のA.B.マイネル先生に衛星観測について解説していただきました。マイネル星雲を発見した有名な方です。その話のなかで、先生が「ここツーソン（Tucson）では以前、肉眼で６等星まで見えたんだよ」といわれる。私が「大阪なんて３等星も見えないですよ」なんてことをいうと、「濱川君、あなた半導体で大気をもっとクリーンにする方法は考えられないか。太陽電池、あれはクリーンエネルギー技術じゃないか」と。会議のあと、さっそくマイネル先生が世界の日照量などのデータや解説論文を用意してくださったので、帰りの飛行機の中から勉強をはじめて、「太陽エネルギー変換と半導体の役割」という論文を発表しました。それが、通産省におられた堺屋太一さんの目にとまった。１９７３年１月にニクソン大統領のエネルギー教書が発表され、全世界で石油危機が迫っている。クリーンエネルギーの新しいプロジェクトを作りたいので少し手伝ってくれないかと。それがサンシャイン計画でした。そして、これが太陽電池の研究の事はじめとなりました。

岡田 先ほどのアモルファス半導体、それにナノクリスタルというのもありますね。ちょっと説明していただけませんか。

濱川 シリコン半導体はハイテクの花形材料とされていますが、いわばその第一世代が結晶シリコンで、第二世代がアモルファスシリコン。これは、１９７５年から研究を始めたんですが、結晶シリコンと比べて可視部の光吸収係数が一けた大きい。つまり、非常に薄くても太陽エネルギーを吸い取ってくれる。だから、薄い太陽電池が作れる。省資源、低コストにもなる。しかし、非結晶なので電気抵抗が高く、エネルギー変換効率がよくない。光学的にはいいんですが、電気的には悪い。その点、第三世代のナノクリスタルシリコンは、光吸収係数も大きく、電気的にはむしろ結晶に近い。つまり、結晶とアモルファスのいいとこどりをした材料と考えられます。

岡田 それは意識して作られたんですか。

濱川 85年頃に発表したんですが、偶然に見つかったものです。この次世代の半導体が実用化されるようになれば、太陽電池はもうひとつ大きな節目を迎える。世の中に出回るのがついそこまで来ています。さらに建材一体型とか、太陽光発電システムに関わる周辺技術もどんどん新しくなっています。

岡田 お話を聞いていると、たしかにこれから先は変わってきそうですね。

濱川 少しずつですが、これまでの夢が現実になりつつあります。まだまだ課題も多いんですが、現在日本の太陽電池の生産量は見事に世界一でございます。９８年にアメリカを抜きまして、全世界の約４割が日本で製造されています。将来、大阪の街の屋上に太陽電池が敷きつめられ、クリーンエネルギーである太陽エネルギーで電気が賄われる。車も水素や燃料電池で走る。そうなれば、それこそ仁徳天皇の頃の“なにわ”の熱環境に戻る？といえそうですね（笑）。

岡田 それは素晴らしいですね。

 

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