モジュール効率の向上と製造能力の拡大は、金属ハロゲン化物カルコゲナイド/シリコン積層型太陽電池モジュールのコスト削減において相補的な役割を果たします。米国エネルギー省国立再生可能エネルギー研究所（NREL）の研究者らは、製造業者がモジュールの性能を拡大・向上させる能力に応じて、それぞれのコスト削減策が同様の役割を果たす可能性があると指摘しています。
現在製造されている太陽光発電（PV）モジュールのほとんどは、単接合シリコン太陽電池をベースとしており、シリコンと別の太陽電池材料（金属ハロゲン化物など）を組み合わせてカルコゲナイド（MHP）の積層構造を形成することで、メーカーは太陽光発電モジュールを製造できます。これにより、シリコン単体よりも多くの太陽光を電気に変換できます。この積層技術はまだ初期段階にあり、MHPを統合するためのさまざまな選択肢が模索されていますが、コストと性能の面で多くの未知数があります。このギャップに対処するため、研究者らは、既存のデバイスとサプライチェーンのラボプロセスを使用して、さまざまなアプローチを大規模に比較する製造コストモデルを構築しました。
研究者らは、積層モジュールを構築するための様々な手法を検討し、製造コストが、製造に使用される材料、デバイス層の数、デバイスの製造コスト、工場の立地、その他の要因によってどの程度影響を受けるかを比較した。その結果、製造コストに最も大きな影響を与える要因は、工場の生産能力とモジュールの効率であることが分かった。
「この論文が答える疑問の一つは、この効率向上にはどれほどの価値があるのか、ということです」と、学術誌『Joule』に掲載された論文「ペロブスカイト／シリコンタンデム太陽電池モジュールの技術経済分析」の筆頭著者であるジェイコブ・コーデル氏は述べた。「重要な点は、モジュールの絶対効率が2.5%向上することで、発電設備の規模を2倍にした場合と同じコスト削減効果が得られるということです。」
現在一般公開されている詳細コスト分析モデル（DCAM）を用いることで、研究者たちは、世界のさまざまな地域に工場を建設する場合や、さまざまな種類の製造奨励策を適用する場合など、多様なシナリオを検証することができました。このモデルを使用することで、企業や研究者は、さまざまなプロセスや材料がコストにどのように影響するかを、この基準値に基づいて検討することができます。ただし、このモデルは、これらのモジュールのエネルギー生産性や寿命については扱っておらず、これらは現在活発に研究されている分野です。
研究者たちは、効率25％でモジュールを製造するメーカーをベースラインモデルとして、米国で年間生産能力3ギガワットのモジュールを製造しているケースを想定し、効率と製造歩留まりを比較することで、発電量が増加するにつれてモジュールのコストがどのように変化するかを明らかにした。「これは、デバイスの効率を向上させ、モジュールのワットあたりのコストを削減する上で、研究がいかに重要であるかを示すものです」とコーデル氏は述べた。
マイケル・ウッドハウスとエミリー・ウォーレンが執筆したこの論文では、モジュール効率は積層型モジュールのコスト予測において動的な変数であると指摘している。これは、商業的に実現可能な太陽光発電に必要な効率と耐久性のレベルを達成するために、他の多くの変数が変化しており、今後も変化し続けるためである。積層型モジュールは、価格競争力を維持し、他の太陽光発電技術と併用するためには、少なくとも25%の効率が必要となる。カルコゲナイド／シリコン積層型モジュールの商業化における次のステップは、技術の信頼性を向上させ、性能を維持しながら、効率的なデバイスの適用範囲をフルモジュールサイズまで拡大することである。
