ペロブスカイト太陽電池は製造時の電力消費が少ない？シリコン太陽電池との違いと低温製造のメリットを解説

次世代の太陽光発電として注目されている「ペロブスカイト太陽電池」には、軽い、曲げられる、壁面などにも設置しやすいといった特徴があります。さらに大きな利点として挙げられるのが、従来の結晶シリコン太陽電池より低い温度で製造でき、製造工程で必要となるエネルギーを抑えられる可能性があることです。

ただし、「ほとんど電力を使わずに作れる」という意味ではありません。ペロブスカイト層そのものは低温・薄膜で形成できますが、実際の太陽電池には基板、透明電極、輸送層、金属電極、封止材なども必要です。量産方式が塗布なのか真空蒸着なのかによっても、工場全体の消費電力量は変わります。

正確には「ペロブスカイト太陽電池は、シリコン太陽電池と比べて高温処理を大幅に減らせるため、製造エネルギーを小さくできる潜在力が大きい」と理解するのが適切です。ここでは、なぜ製造時の電力消費を抑えられるのか、その一方で何にエネルギーが必要なのかを具体的に解説します。

ペロブスカイト太陽電池は150℃前後の低温で製造できる

ペロブスカイト太陽電池の大きな特徴は、光を吸収するペロブスカイト材料を比較的低温で形成できることです。産業技術総合研究所の資料では、ペロブスカイト太陽電池について塗布・乾燥による「150℃以下の低温プロセス」が可能であることが示されています。[参照]

経済産業省の資料でも、フィルム型ペロブスカイト太陽電池の製造温度として約150℃が示されている一方、シリコン太陽電池では原料製造などで1400℃以上の高温工程が必要になると整理されています。[参照]

150℃と1400℃以上では必要な熱エネルギーが大きく異なります。もちろん実際の工場では工程全体を比較しなければ正確な電力消費量は決まりませんが、高温炉を長時間使わなくてよいことは、ペロブスカイト方式の大きな省エネルギー要因です。

シリコン太陽電池はなぜ製造に多くのエネルギーが必要なのか

現在主流の結晶シリコン太陽電池は非常に成熟した技術ですが、製造工程では高純度シリコンを作り、結晶を成長させ、インゴットを切断してウェハーを作るといった工程が必要です。

シリコンを高純度化したり結晶化したりする工程では高温が必要になります。また、大型のインゴットを製造して薄いウェハーへ切断するため、加熱だけでなく製造装置の運転にもエネルギーを使います。

これに対してペロブスカイト太陽電池は、原料を溶液にして薄く塗布し、乾燥・結晶化させる方式を採用できます。資源エネルギー庁も、ペロブスカイト太陽電池はポリシリコンを使用せず、少ない製造工程で製造可能であることを特徴として挙げています。[参照]

「インクを塗るように作れる」ことが省エネルギーにつながる

ペロブスカイト太陽電池では、ペロブスカイト材料を含んだ前駆体溶液を基板へ塗布して薄膜を形成する「溶液プロセス」が利用できます。産総研も、原料となる溶液を塗布して製造できるため、結晶シリコン太陽電池と比べて簡便かつ低コストで生産できると説明しています。[参照]

イメージとしては、巨大なシリコン結晶を高温で作って切り出す方法よりも、印刷機でインクを薄く塗って乾かす方法に近い製造が可能ということです。この特徴を生かして、スロットダイコートやロール・ツー・ロールなどの連続生産技術が研究されています。

例えば長い樹脂フィルムをロールから送り出しながら、各機能層を連続的に塗布・乾燥できれば、一枚ずつ高温処理する方式に比べて大量生産時のエネルギー効率を高められる可能性があります。

発電層が非常に薄いことも製造エネルギーを抑える理由

ペロブスカイト材料は光を強く吸収できるため、発電に必要な半導体層を非常に薄くできます。経済産業省の資料では、ペロブスカイト材料の光吸収係数はシリコンより高いことが示されています。[参照]

必要な半導体材料が少なければ、材料そのものを製造・精製・運搬する際のエネルギーも減らせる可能性があります。またフィルム型なら製品自体も軽量になるため、完成後の輸送や施工に必要なエネルギーを削減できる余地があります。

つまり省エネルギー性は「工場で使う電気」だけでなく、原料製造、材料使用量、輸送、施工まで含めて考える必要があります。

製造日数も短くできる可能性がある

経済産業省の資料では、シリコン太陽電池の製造日数が3日以上であるのに対し、ペロブスカイト太陽電池では1日程度を目指すという比較も示されています。[参照]

製造時間が短くなれば、加熱装置、搬送設備、空調設備などを動かす時間も短縮できる可能性があります。大量生産へ移行したときには、こうした工程時間の違いが製造コストやエネルギー消費へ影響します。

ただし現在のペロブスカイト太陽電池は、研究室レベルの小型セルから大面積モジュールへの移行途中です。「1日で必ず完成する」という確立済みの量産工程を意味するものではなく、将来の量産目標として捉える必要があります。

では本当に「ほとんど電力を使わない」のか

ここは誤解しやすい点です。ペロブスカイト層を低温で形成できるからといって、完成した太陽電池モジュール全体を電力なしで作れるわけではありません。

実際の製造では、材料調合、基板洗浄、塗布、乾燥、電極形成、レーザー加工、真空装置、封止、品質検査、工場の空調や湿度管理などに電力を使用します。産総研が開発している製造システムでも、透明電極基板の洗浄から各層の塗布・成膜、裏面電極の蒸着など複数の工程があります。[参照]

したがって「消費電力がゼロに近い」のではなく、「従来型太陽電池でエネルギーを多く使う高温工程を減らせる」という点が本質です。

塗布方式と真空蒸着方式でも消費エネルギーは変わる

ペロブスカイト太陽電池には一つの製造方法しかないわけではありません。大きく分けると、材料を溶液として塗る方式と、真空中で材料を成膜する蒸着方式などがあります。

2025年に公表されたNature Reviews Materialsのレビューでも、ペロブスカイト太陽電池の工業生産を考えるうえで、溶液プロセスと気相成膜にはそれぞれ経済性・環境負荷上の長所と短所があると整理されています。[参照]

真空蒸着では真空ポンプや成膜装置を動かす必要があるため、単純な低温塗布と比べて設備のエネルギー需要が増える場合があります。一方で、大面積で均一な膜を作りやすいなど製造上の利点もあります。最終的な環境性能は方式ごとに評価する必要があります。

「低温だから環境負荷が小さい」と単純には言い切れない

太陽電池の環境負荷を評価するときには、製造工場の電力量だけを見るのでは不十分です。原料の採掘・精製、化学物質の製造、基板、電極、封止材、輸送、使用期間、廃棄・リサイクルまで含めたライフサイクルアセスメント（LCA）が必要です。

2026年のNature Communicationsのレビューでも、ペロブスカイト太陽電池について、低温の溶液プロセスとの適合性が利点である一方、溶媒、材料、製造エネルギー、廃棄時の処理などを含むライフサイクル全体で評価する必要があるとされています。[参照]

例えば製造時の電力量が少なくても、寿命が極端に短く頻繁に交換する必要があれば、発電1kWh当たりの環境負荷は大きくなります。逆に長寿命化できれば、製造時に投入したエネルギーを長期間の発電で回収しやすくなります。

耐久性が省エネルギー性能を左右する重要なポイント

ペロブスカイト太陽電池は高効率化が急速に進んでいますが、商用化に向けて長期耐久性は重要な研究テーマです。2024年のレビューでも、シリコン太陽電池に匹敵する変換効率へ近づく一方、長期安定性は産業化の主要課題の一つとされています。[参照]

例えば製造時に必要なエネルギーが半分になったとしても、寿命まで半分なら必ずしも有利とはいえません。太陽電池の本当の省エネルギー性は、「1枚を作るのに必要な電力量」だけでなく、その1枚が生涯で何kWh発電できるかによって決まります。

この点では進歩も続いています。産総研は2026年3月、熱劣化対策を施したペロブスカイト太陽電池について85℃で2400時間の試験や、2025年夏から2026年冬までの屋外暴露試験で高い耐久性を確認したと発表しています。[参照]

材料や溶剤の環境負荷も考える必要がある

ペロブスカイト太陽電池には、一般的な鉛系材料の場合、発電層に鉛が含まれます。また溶液プロセスでは有機溶剤を使用する場合があり、製造現場での回収・管理や、製品破損時の漏出防止、リサイクルが重要になります。

そのため最近の研究では、単に「製造温度を下げる」だけでなく、より安全な溶剤への変更、鉛の回収、基板や電極の再利用などを組み合わせた循環型製造が検討されています。Nature Reviews Materialsでも、原材料調達から溶剤選択、鉛漏出対策、リサイクルまで含む閉ループ型の製造が重要な課題として整理されています。[参照]

つまり、低温製造は大きな長所ですが、それだけで「環境負荷の最も小さい太陽電池」と決まるわけではありません。

シリコン太陽電池との違いを整理

製造エネルギーという観点から、両者の特徴を簡単に比較すると次のようになります。

この比較から分かるように、ペロブスカイト太陽電池の省エネルギー性は、主に低温・薄膜・少工程化という3つの特徴から生まれます。

製造エネルギーが少ないと何がうれしいのか

太陽電池は発電時に燃料を燃やしませんが、製造時には当然エネルギーを必要とします。そのため、製造時の投入エネルギーが少ないほど、それを太陽光発電によって取り戻すまでの期間を短くできる可能性があります。

この考え方は「エネルギーペイバックタイム」と呼ばれます。製造・輸送・設置などで使ったエネルギーと同じ量を、その太陽電池が発電するまでの期間を示す指標です。

ペロブスカイト太陽電池は低温製造や材料使用量の少なさから、このエネルギーペイバックタイムを短くできる可能性があります。ただし最終的な数値は製品の構造、変換効率、寿命、製造方式、設置地域の日射量などで変わるため、一つの数字をすべてのペロブスカイト太陽電池へ当てはめることはできません。

量産化すると本当に省エネになるかは今後の重要課題

研究室では小さなセルを比較的簡単に作れますが、商用製品では数十センチからメートル級のモジュールを高い歩留まりで大量生産する必要があります。大面積になれば膜厚の均一性、乾燥速度、温湿度管理、電極加工、封止などの難易度が上がります。

産総研も、研究論文で広く使われてきたスピンコート法をそのまま大量生産へ適用するのは難しく、大面積の連続成膜やモジュール加工技術の開発が必要だと説明しています。[参照]

日本ではNEDOなどを通じて大型モジュールの製造プロセス、高スループット・高歩留まりの量産技術開発も進められています。[参照] 今後、商用工場の実際の電力使用量が蓄積されることで、シリコン太陽電池との比較もさらに明確になっていくでしょう。

まとめ：ペロブスカイト太陽電池は低温製造できるため、製造電力を減らせる可能性が大きい

ペロブスカイト太陽電池は、従来の結晶シリコン太陽電池より低温で製造できるため、製造時に必要なエネルギーを大幅に抑えられる可能性があります。経済産業省の資料では、シリコン太陽電池で1400℃以上の工程があるのに対し、フィルム型ペロブスカイト太陽電池は150℃程度での製造が想定されています。[参照]

さらに、発電層が薄いこと、溶液を塗布する方式を利用できること、連続印刷型の大量生産を目指せることも、省資源・省エネルギーにつながる特徴です。

ただし「ほとんど電気を使わず作れる」とまでは言えません。基板や電極の製造、乾燥、真空蒸着、封止、空調、品質管理などには電力が必要で、製造方式によって消費量も異なります。さらに実際の環境性能を判断するには、耐久年数、溶剤、鉛の管理、輸送、リサイクルまで含めて評価する必要があります。

したがって現時点で最も適切な理解は、「ペロブスカイト太陽電池は製造電力が不要なのではなく、高温工程を減らして低温・薄膜・少工程で作れるため、シリコン太陽電池より製造エネルギーを小さくできる有力な技術である」というものです。今後、長寿命化と大量生産技術が確立すれば、この製造時の省エネルギー性はペロブスカイト太陽電池の大きな競争力になると考えられます。