授賞対象分野「資源、エネルギー、環境、社会基盤」
分野
授賞業績

高効率シリコン太陽光発電デバイスの開発
1948 年 7 月 20 日生まれ（72 歳）
ニューサウスウェールズ大学 教授

マーティン・グリーン博士所の大規模化による発電コストの低価格化があります。博成長が期待される太陽光発電士は、1970 年代から結晶シリコン太陽光発電デバイスの変換効率向上に取り組み、多くの成果を上げてきました。

脱炭素社会に向けて、地球温暖化の原因である二酸化炭素を排出しない「再生可能エネルギー（再エネ）」を使った電力へのシフトが求められています。再生可能エネルギーに太陽光発電デバイスと発電の仕組み

は太陽光や風力、地熱などがありますが、いずれも従来の火力発電や水力発電に比べてコストが高いため、導入が進みませんでした。

太陽光をエネルギー源にして発電するデバイスはさまざまですが、結晶シリコン（半導体の素材）型が、現在、世界2010 年代半ばに、太陽光発電が火力発電をコスト面で中に設置されている太陽光発電デバイスの約 95％を占め下回り、「太陽光発電所が火力発電所よりも安価」という時ているといわれています。そのほとんどが pn 接合型と呼代になりました。今後、太陽光発電の急速な増加が予想さばれる、p 型シリコンと n 型シリコンが接した構造になっれます（下図）。このパラダイムシフトの裏には、太陽光発ています。太陽光が当たるとそのエネルギーによってマイ電デバイス（太陽電池ともいう）
が、太陽光エネルギーを高ナスの電荷をもつ“電子”と、プラスの電荷をもつ“正孔”が効率に電力へ変換できるようになったことと、太陽光発電

生じ、電子は n 型シリコンへ、正孔は p 型シリコンへそれ

公表政策シナリオに基づく2000-2040 年の電力源の推移
GW（ギガワット）
3500
太陽光

3000
2500

天然ガス

石炭

2000
1500

水力

風力

1000
500
0
2000

ほかの再生可能エネルギー
原子力
2005

2010

2015

2020

2025

2030

蓄電池

2035

石炭
天然ガス
石油
原子力
風力
太陽光
ほかの再生可能エネルギー
水力
蓄電池

石油

1km

2040年

（出典：IEA World Energy Outlook 2019）
発電量当たりの太陽光発電デバイスの価格（インフレ調整済み、単位：ユーロ／ワットピーク）

太陽光発電デバイスの価格低下と普及
100

101980

1990

2010

2000
10.00.001

2015

表電極0.010.1

110100

累積製造量（単位：ギガワットピーク）

1000

10000

太陽光発電デバイスの価格の低下は 2000 年までは変換効率の向上が大きな要因でしたが、2000 年代に入ると発電所の大規模化が寄与するようになりました。博士は、技術開発と太陽光発電に関わる人材の育成によって、その双方に貢献しています。

01

出典：Google Earth

アブダビのギガソーラーシステム。博士が発明した PERC 構造をもつ、pn 接合型の結晶シリコン太陽光発電デバイスが採用されています。場所と技術にもよりますが、デバイスの製造に必要なエネルギーの 10 ～ 30倍の電力を発電で回収できる点でも、環境に優しいといえます。

（出 典：PHOTOVOLTAICS REPORT（Fraunhofer Institute for Solar Energy
Systems, ISE with support of PSE Projects GmbH, 16 September 2020）

正孔電子n 型シリコン再結合
pn 接合
再結合
p 型シリコン裏電極

ぞれ流れていきます。この電荷を電極で取り出し、電力を得るのです。

この大記録を樹立したのが、図のような太陽光発電デバイスです。従来の技術に加えて、表面および裏面全体すべての電子と正孔を取り出すことができれば、高いを酸化させて不活性化（パッシベーション）したり、シリエネルギー変換効率を実現できるのですが、実際には、コンと電極の界面をなるべく小さくして局所拡散を行う

電子と正孔が再結合してしまいエネルギー損失が起こっことで、それぞれの場所で再結合が起こるのを抑えていています（１頁右段下図）。

ます。これは PERC あるいは PERL 構造と呼ばれ、現在、結晶シリコン太陽発電デバイスの主流になっています。

グリーン博士が太陽光発電の効率向上に果たした役割とPERC 構造

太陽光発電がつくる安心な社会

pn 接合型の結晶シリコン太陽光発電デバイスは、1954

現在、さまざまな太陽光発電デバイスがあり、中には年にベル研究所で発明されました。1970 年代、アメリカ

エネルギー変換効率が 50％に迫るものもありますが、その COMSAT 研究所がそれを改良して量産可能なデバイスの多くが宇宙などの特殊用途か研究開発段階のものです。

を開発・実用化しましたが、エネルギー変換効率は 17％

博士の発明は、すでに実用化されていた結晶シリコンで頭打ちとなっていました。

太陽光発電デバイスに、エネルギー変換効率の向上とい1975 年、博士は「エネルギー変換効率を上げるには電子う改良を行い、性能面とコスト面の双方が優れた実用的と正孔の再結合を抑制することが重要である」といち早くなデバイスを完成させ世の中に広めました。その結果、指摘し、その方法を示して当時の 1.5 倍まで性能は上がる

太陽光発電は脱炭素社会を実現するための現実的な方法と示唆しました。1983 年に変換効率が 18％に到達して以を提供することになりました。

降、次々に新しい技術を発明し記録を更新。1999 年には太陽光発電は、発電時に二酸化炭素を排出しないだけ

変 換 効 率 が 1.5 倍 に 迫 る 24.7％（2008 年 に 基 準 の 変 更 ででなく製造と廃棄時に必要なエネルギーよりも多くのエ25.0% と認定）に達しました。

ネルギーを生み出すクリーンなエネルギーです。さらにメガソーラーやギガソーラーのような大規模発電と住宅の屋根での小規模発電といったように、規模を柔軟に変発電効率向上の歴史えることができます。小規模発電による分散型電力は、1954 年

ベル研究所

結晶シリコン太陽電池の発明

1973 年COMSAT 研究所

1975 年

グリーン博士 コンセプト提案
高度な再結合抑制による 1.5 倍の効率向上の可能性を示唆

1983 年

グリーン博士 効率 18% を達成
シリコンと電極界面の不活性化電流の取り出しを局所トンネル接合で両立

1983 年

グリーン博士 PERC 構造を発明
表面・裏面をパッシベーション

1999 年

グリーン博士

効率 24.7% を達成

2008 年

グリーン博士

効率 25.0％と認定

効率 17％を実現、以後頭打ち

電極細線化

光反射防止

災害時の被害規模を小さく抑えられます。太陽光発電をはじめとした再生可能エネルギーが基幹電力になった時、私たちはより持続可能な電力を手に入れることができるのです。

洋上風力スマートグリッド

小水力発電

表面パッシ
ベーション（1984 年に論文発表）
メガソーラー／ギガソーラーp+

酸化n エミッタ

n+p+p 型シリコン

局所拡散（1999 年に論文発表）

p+p+
酸化裏面パッシベーション（1985 年に論文発表）

市場に広がるグリーン博士の高効率結晶シリコン太陽光発電デバイス（1999 年論文の掲載図をもとに作成）。青字は、グリーン博士が新たに搭載した技術。

建物屋上を利用した
小規模発電

スマートハウス

急速充電ステーション（電気自動車）その地域の自然環境や都市環境などに合わせて、大規模／小規模の太陽光発電所が分散して建設されます。他の各種の再エネ発電所も建設され、電力を融通し合ったり災害時などに提供したりするために、全体はスマートグリッドでつながっています。

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