今回は太陽電池の開発に関わる銘柄に焦点を当てます。
国内では固定価格買取制度によって当初、ブーム的に太陽光発電が広まり、2025年現在では大分落ち着いた感はあります。
買取制度の是非や、太陽光発電という方式が狭い国内に適しているかどうか、といった議論はあるかと思います。
ただ、人類としての問題、500年後、1000年後、1万年後というスケールで考えると、太陽電池の開発という選択肢を捨てることはできないはずです。
太陽電池の有望な企業はどこなのか？
特許出願件数から探ってみました。
結論（簡易版）は以下の通りです。
＜特許銘柄TOP10＞（2000年-2022年）（非上場を含む）
| 1 | シャープ 【6753】 |
| 2 | 京セラ 【6971】 |
| 3 | 三菱電機 【6503】 |
| 4 | パナソニック 【6752】 |
| 5 | 三洋電機 |
| 6 | カネカ 【4118】 |
| 7 | 大日本印刷 【7912】 |
| 8 | 富士フイルム 【4901】 |
| 9 | 日立化成 【4217】 |
| 10 | 凸版印刷 【7911】 |
ただし、上記結論は特許検索条件などによって変わってくるものです。詳細については下記をご確認ください。
１．本評価の概要
本評価は特許情報に基づき、対象技術の開発に関わる銘柄（本サイトでは「特許銘柄」と呼びます。）を客観的に導き出そうとするものです。
本評価については以下の記事で紹介しています。
【開発力評価メソッド】特許出願に関する情報から技術開発に関わる銘柄を評価
簡単に説明すると、以下の考え方に基づいています。
① 開発開始時期：最初の出願が古い→早くから開発に着手（古いほど評価高い）
② 開発継続性：出願が継続→技術開発が続いている（継続するほど評価高い）
③ 開発成果：出願件数が多い→開発成果が出ている（成果が多いほど評価高い）
すなわち、どこよりも早くから出願され（①）、毎年出願されていて（②）、その件数が多い（③）ほど、評価される銘柄だと考えます。
これらは、技術開発によって技術課題を解決する道筋が見えると、その成果が特許出願されるという前提に立っています。
本サイトでは個々の特許は評価対象にしていません。
本サイトは特許出願件数を指標にして技術を生み出し続ける力（開発力）を評価するものです。
＜注意点＞
特許出願件数に基づく企業の開発力の評価には以下の問題点がありますので十分にご注意ください。
・単に出願件数が多いだけの企業を過大評価することがあります。
・個々の特許を評価対象としていないので、価値の高い技術や特許を保有する企業を過小評価することがあります。
・現実には開発成果が特許出願されない場合があります。
・対象技術が特許出願された場合であっても、特許検索において情報漏れが生じることがあります。
・特許検索において対象技術との関連性の低いノイズ情報を拾ってしまうことがあります。
・対象技術の市場性や対象企業における影響は別個判断が必要です
（まとめると、ざっくりとした評価であり、間違いもあります、ということです。）
２．特許銘柄の評価方法
２.１ 評価対象
太陽電池全般に関する技術が対象です。
２.２ 特許検索ツール
特許情報プラットフォーム（J-PlatPat）
２.３ 検索条件
文献種別：国内文献
検索キーワード：
検索項目（ⅰ） FI「H01L H02S H10F H10K」
検索項目（ⅱ） 発明の名称「太陽電池 太陽光発電」
検索条件：検索条件（ⅰ） AND 検索条件（ⅱ）
日付指定：出願日 20000101～20221231
３．特許銘柄の評価結果
３.１ 期間別の出願件数の推移
2000年～2007年、2008年～2015年、2016年～2022年の３つの区間に分けました。
各期間における総出願人数と総出願件数は以下の通りです（出願人数は筆頭出願人のみカウント）。
出願人の数、総出願件数ともに2008年-2015年の期間が最大です。（この山なりは、この期間に再エネ普及が叫ばれ出した影響があるのかもしれません。）
2016年-2022年の期間が2000年-2007年の期間よりも出願件数が減っている点はどう見るべきでしょうか？（「知財立国」とか言われだし、企業の出願件数がかなり増えたのが2000年-2007年の時期です。最近はどの企業も厳選して出願しているのか、出願件数は減少傾向にあります。こうしたことを踏まえると、出願件数が減っていることに多少の納得感は得られます。はたして現在は次世代太陽電池の仕込み時期なのか、それともこのまま太陽電池の出願は下火になっていくのか‥‥）
各期間の出願件数上位企業は以下の通りです。
（１）2000年～2007年
出願人668のうち上位5社の推移です。
上図の出願件数を企業ごとに平均化したのが下の表１です。
＜表１＞
| シャープ | 76 件/年 |
| 京セラ | 58 件/年 |
| キヤノン | 30 件/年 |
| 三洋電機 | 29 件/年 |
| 三菱重工業 | 19 件/年 |
（２）2008年～2015年
出願人数1753 のうちの上位5社の推移です。
上図の出願件数を企業ごとに平均化したのが下の表２です。
＜表２＞
| シャープ | 121 件/年 |
| 三菱電機 | 76 件/年 |
| 三洋電機 | 56 件/年 |
| 富士フイルム | 48 件/年 |
| 日立化成 | 43 件/年 |
（３）2016年～2022年
出願人数814のうちの上位5社の推移です。
パナソニックはパナソニックIPマネジメントの出願を含めています。
上図の出願件数を企業ごとに平均化したのが下の表３です。
＜表３＞
| パナソニック | 45 件/年 |
| カネカ | 43 件/年 |
| 三菱電機 | 18 件/年 |
| エルジー エレクトロニクス | 18 件/年 |
| 大日本印刷 | 17 件/年 |
出願件数に勢いが感じられません（既に開発余地はあまりない？）。
（４）出願上位企業の推移
下の表４は表１～表３をまとめたものです。
＜表４＞
| 2000年～2007年 | 2008年～2015年 | 2016年～2022年 | |
| 1 | シャープ （76 件/年） |
シャープ （121 件/年） |
パナソニック （45 件/年） |
| 2 | 京セラ （58 件/年） |
三菱電機 （76 件/年） |
カネカ （43 件/年） |
| 3 | キヤノン （30 件/年） |
三洋電機 （56 件/年） |
三菱電機 （18 件/年） |
| 4 | 三洋電機 （29 件/年） |
富士フイルム （48 件/年） |
エルジー エレクトロニクス （18 件/年） |
| 5 | 三菱重工業 （19 件/年） |
日立化成 （43 件/年） |
大日本印刷 （17 件/年） |
出願件数は2008年-2015年の期間に増加し、2016年-2022年には最初の期間以下に落ち込んでいます。
出願件数で首位だったシャープの名前が2016年-2022年には消えました。
３.２ 全対象期間での出願件数
下図は全対象期間における出願件数上位10社です。
各期間における出願件数の平均値を結んだ線であらわしています。
大半の企業の出願件数は山なりである中、パナソニックとカネカは件数を維持、増加させています。
各期間の平均出願件数を下の表5にまとめました。
全期間におけるトータル出願件数が多い順に上から表示しています。
括弧内のパーセントは他社を含めた総出願件数に対する割合です。
＜表５＞
| 平均出願件数 | ||||
| 2000年-2007年 | 2008年-2015年 | 2016年-2022年 | ||
| 1 | シャープ | 76 件/年 (13.3%) |
121 件/年 (7.6%) |
13 件/年 (2.6%) |
| 2 | 京セラ | 58 件/年 (10.1%) |
43 件/年 (2.7%) |
14 件/年 (2.7%) |
| 3 | 三菱電機 | 12 件/年 (2.0%) |
76 件/年 (4.8%) |
18 件/年 (3.5%) |
| 4 | パナソニック | 12 件/年 (2.0%) |
49 件/年 (3.0%) |
45 件/年 (8.7%) |
| 5 | 三洋電機 | 29 件/年 (5.0%) |
56 件/年 (3.5%) |
0 件/年 (0.0%) |
| 6 | カネカ | 16 件/年 (2.7%) |
26 件/年 (1.6%) |
43 件/年 (8.3%) |
| 7 | 大日本印刷 | 9 件/年 (1.6%) |
42 件/年 (2.6%) |
17 件/年 (3.2%) |
| 8 | 富士フイルム | 1 件/年 (0.2%) |
48 件/年 (3.0%) |
7 件/年 (1.3%) |
| 9 | 日立化成 | 1 件/年 (0.2%) |
43 件/年 (2.7%) |
8 件/年 (1.5%) |
| 10 | 凸版印刷 | 12 件/年 (2.1%) |
31 件/年 (2.0%) |
1 件/年 (0.2%) |
次に、上表に示されるデータを上記１の考え方に照らしてみます。
今回は海外企業で占められましたが、日本の出願データのみで評価します。
①開発開始時期
2000年-2007年には全10社出願しています。
②開発の継続性
三洋電機を除く企業が全期間で出願しています。
③開発成果
トータル出願件数ではシャープが多いです。
トータル出願件数は以下のとおりです。
＜表６＞
| シャープ | 1667 件 |
| 京セラ | 905 件 |
| 三菱電機 | 828 件 |
| パナソニック | 793 件 |
| 三洋電機 | 672 件 |
４ まとめ：特許銘柄TOP10
表5に基づく評価は以下の通りです。
①開発の開始時期・・・上位10社に大差なし
②開発の継続性・・・三洋電機以外大差なし
③開発成果・・・シャープがリード
トータル的には、シャープが評価できます。
これらをまとめると以下のとおりです。
＜表7＞
| 出願情報 | ||||
| ①開始時期 | ②継続性 | ③成果 | ||
| 1 | シャープ 【6753】 | 〇 | 〇 | 1667 件 (8.0%) |
| 2 | 京セラ 【6971】 | 〇 | 〇 | 905 件 (4.3%) |
| 3 | 三菱電機 【6503】 | 〇 | 〇 | 828 件 (4.0%) |
| 4 | パナソニック 【6752】 | 〇 | 〇 | 793 件 (3.8%) |
| 5 | 三洋電機 | 〇 | 672 件 (3.2%) |
|
| 6 | カネカ 【4118】 | 〇 | 〇 | 628 件 (3.0%) |
| 7 | 大日本印刷 【7912】 | 〇 | 〇 | 522 件 (2.5%) |
| 8 | 富士フイルム 【4901】 | 〇 | 〇 | 433 件 (2.1%) |
| 9 | 日立化成 【4217】 | 〇 | 〇 | 410 件 (2.0%) |
| 10 | 凸版印刷 【7911】 | 〇 | 〇 | 355 件 (1.7%) |
上記①の〇は2000年～2007年に出願が確認されたもの
上記②の〇は最初の出願から各期間における出願の継続が確認されたもの
上記③成果の割合は総出願数に対するもの
今回は太陽電池という大きな括りで見ました。
太陽電池にはさまざまなタイプがあるため、個別の動向を見た方がよりよいかもしれません。
５．ご参考
以下、個々の特許出願明細書中の記載などを参考に技術情報を整理しました。
５.１ 太陽電池とは
太陽電池は太陽からの光エネルギーを電気エネルギーに変換する装置です。
主な材料として半導体が使われています。
さらに、この半導体には
・太陽光でマイナスの電気を帯びやすいｎ型半導体
・太陽光でプラスの電気を帯びやすいｐ型半導体
があります。
これらの半導体を張り合わせて、その接合面に太陽光を当てると、プラスとマイナスの電力が生じます。
これが乾電池のような状態で、それぞれの端部を導線でつなぐと電気が流れます。
太陽光が当たり続ける限り、持続的に電気が作られます。
参考：東京電力HP、関西電力HP、産総研（←これらの図解がわかりやすいです）
５.２ シリコンを主材料とする太陽電池
（１）シリコンが広く利用されている理由
上で半導体が太陽電池の主材料であると説明しました。
半導体材料として有名なものに地球上に豊富で安価なシリコン（Si）があります。
光によって内部の電子が励起し、電気エネルギーに変換されるのに必要なエネルギー幅（バンドギャップと言われています）は物質によって異なります。
これが単結晶と言われる形態のシリコンでは約1.1eVで、太陽光の中にこれに近いエネルギーを持つ波長の光が比較的多く含まれていることが特性的な理由として挙げられます。
（２）ｎ型半導体とｐ型半導体
太陽電池として利用される半導体にはｎ型半導体とｐ型半導体があることは上述しました。
シリコンが用いられる場合、微量の異なる元素が意図的に添加（ドーピング）され、それぞれの型が作られます（ここで、バンドギャップは主にシリコンの結晶構造と原子間の結合エネルギーによって決まるため、ドーピングによって大きく変化はしません）。
・ｎ型半導体
リン（P）やヒ素（As）のような価電子（原子の外側にある電子）を5つ持つ元素が微量添加され、余った電子が自由に動き回れる電荷の担い手となります。
・ｐ型半導体
ホウ素（B）やアルミニウム（Al）のような価電子を3つ持つ元素が微量に添加され、価電子が不足した状態（正孔、ホール）が、正の電荷を持ったキャリアとして振る舞います。
（３）シリコンの利用形態
太陽電池に利用されるシリコンには、主に単結晶、多結晶、アモルファスという形態があります。
①単結晶
シリコン原子が規則正しく、一つの方向に揃って配列しています。例えるなら、整然と並んだレンガでできた壁のような構造です。
高純度のシリコン融液から種となる小さな単結晶を引き上げながらゆっくりと冷却していくことで欠陥の少ない大きな単結晶インゴットが作製されます（チョクラルスキー法）。
②多結晶
それぞれ異なる方向にシリコン原子が配列しています。例えるなら、さまざまな方向を向いた小さなレンガが集まってできた壁のような構造です。
金属シリコンを炉の中で高温で溶融させた後、ゆっくりと冷却していくと、溶融したシリコンが多数の結晶粒として成長します。それぞれの結晶粒の中でシリコン原子は規則正しく配列していますが、隣り合う結晶粒同士では原子の配列方向が異なります。
③アモルファス
「非晶質シリコン」とも呼ばれ、結晶シリコンとは異なり、シリコン原子が規則正しい配列（結晶構造）を持たない状態のシリコンです。例えるなら、積み木がきちんと積み上げられた状態が結晶シリコンであるのに対し、アモルファスシリコンは積み木がばらばらに積み重なっているようなイメージです。
一般的な作成方法であるプラズマCVCでは、シランガス（SiH₄）などの原料ガスとともにプラズマ状態にされた真空チャンバー中で分解されたシリコン原子やシリコンラジカルが基板上に堆積し、薄膜を形成します。
（４）それぞれの違い
形態の違いからくる原子配列の違いによって、電子の移動しやすさが異なってきますし（規則正しい配列であると電子が動きやすい、など）、太陽光の吸収特性も異なってきます。
バンドギャップは単結晶で約1.12eV、多結晶で約1.1eV、アモルファスで約1.7eVと言われています。
こうした違いが電気エネルギーの変換効率の違いとなります。
また、同じシリコンという材料でも製造方法によって、構造や性能、用途が異なってきますし、手間ひまなどの違いによってコストも変わってきます。
＜シリコン系太陽電池の比較＞
| 特徴 | 単結晶シリコン | 多結晶シリコン | アモルファスシリコン |
| 原子配列 | 規則正しい単一結晶 | 多数の結晶粒の集合体 | 不規則（非晶質） |
| 製造方法 | チョクラルスキー法などで高純度単結晶育成 | 溶融シリコンを型に流し込み冷却 | CVD法、スパッタリング法などで薄膜形成 |
| 製造コスト | 高い | 中程度 | 低い |
| 光吸収率 | 波長によって比較的緩やかに変化 | 波長によって比較的緩やかに変化 | 可視光領域で高い |
| モジュール変換効率 | 高い (17% - 20%程度、研究レベルでさら上) | 中程度 (15% - 18%程度) | 低い (7% - 10%程度) |
| 高温特性 | 比較的良い | やや劣る | 比較的良い |
| 軽量性・柔軟性 | 硬く、柔軟性はない | 硬く、柔軟性はない | 薄膜のため軽量、基板によっては柔軟性あり |
| 主な用途 | 住宅用、産業用、高効率が求められる場所 | 住宅用、産業用、広い面積への設置 | 電卓、小型機器、一部の住宅用など |
| 長所 | 高い変換効率、省スペース、比較的良い高温特性 | 単結晶より低コスト、広い面積に適している | 薄膜軽量、低温成膜可能、製造コストが低い |
| 短所 | 製造コストが高い | 単結晶より変換効率が低い | 変換効率が低い |
５.３ 変換効率とは？
太陽電池の話において、変換効率という言葉がでてきます。
太陽光からどれだけ効率的に電気を取り出すことができたかの性能としてイメージできると思います。
次式で算出されます。
変換効率（%） = (出力電気エネルギー ÷ 入射太陽光エネルギー) × 100
この式の分母の入射太陽光エネルギーは、地上に届く紫外線、可視光線、近赤外線など幅広い波長の光を含んでいます。
すなわち、バンドギャップに満たないエネルギーの光や、逆にバンドギャップよりもはるかにエネルギーが高くて変換に寄与しない光が多いほど、変換効率が下がることになります。
変換効率には、
・モジュール変換効率：太陽光パネル全体（モジュール）の面積あたりの変換効率
・セル変換効率：モジュールの構成セル一枚あたりの変換効率
があります。
通常はセル変換効率の方がモジュール変換効率よりも高い値になります（セル間の配線、封止材、フレームなど発電に寄与しない要素、セル間の接続損失などの影響があるため）。
参考：産総研
５.４ さまざまな材料の太陽電池
上述のシリコン材料の半導体だと、そのバンドギャップに対応した太陽光しか利用できないなどの理由から効率化などを求めて、さまざまな材料、形態の太陽電池が開発されています。
例えば、異なる元素が組み合わされた化合物系半導体は、異なるバンドギャップが組み合わされ、広範囲にわたって調整されたものです。
シリコン系や化合物系は、光が半導体に当たることで電子と正孔が生成され、内部の電場によって電荷が分離し、電流として取り出される点でメカニズムは同じです。
これとは原理が異なる有機系、量子ドット系の太陽電池もあります。
＜タイプ別太陽電池の比較＞
| 材料の種類 | 主な種類 | 特徴 | モジュール変換効率 | 主な用途 |
| シリコン系 | 単結晶シリコン | 高い変換効率、比較的良い高温特性、省スペース向け | 17% - 20%程度 | 住宅用、産業用、高効率が求められる場所 |
| 多結晶シリコン | 単結晶より低コスト、広い面積への設置に適している | 15% - 18%程度 | 住宅用、産業用、大規模発電 | |
| アモルファスシリコン | 薄膜で軽量、低温成膜可能、製造コストが低い、曇りの日や室内光でも発電しやすい | 7% - 10%程度 | 電卓、小型機器、一部の住宅用（薄膜型） | |
| ハイブリッドシリコン | 単結晶とアモルファスシリコンの組み合わせ、高効率と高温特性の良さを両立 | ～21%程度 | 住宅用、産業用 | |
| 化合物系 | CIS系 (CuInSe₂, CIGS) | 薄膜で光吸収率が高い、影の影響を受けにくい、省資源 | ～14%程度 | 産業用、フレキシブルデバイス |
| CdTe | 製造コストが比較的低い | ～15%程度 | 海外の産業用など | |
| GaAs系 | 非常に高い変換効率、高温特性が良い | 20%以上 (多接合型でさらに向上) | 宇宙用、集光型発電 | |
| 多接合型 (GaAs系など) | 異なるバンドギャップの材料を積層し、非常に高い変換効率を実現 | 30%以上 (研究レベル) | 宇宙用、高効率が求められる特殊用途 | |
| 有機系 | 有機薄膜 | 軽量、フレキシブル、低コスト製造の可能性 | ～10%程度 | ウェアラブルデバイス、建材一体型 |
| 色素増感 | 低コスト、デザインの自由度が高い、曇りの日でも発電 | ～11%程度 | 窓材、携帯機器など | |
| ペロブスカイト | 高い変換効率の可能性、軽量、フレキシブル、低コスト製造の可能性 | 20%以上 (研究レベル) | 次世代太陽電池として期待、軽量デバイス、建材一体型 | |
| 量子ドット系 | 理論上の変換効率が高い、次世代太陽電池として研究開発 | ～13%程度 (研究レベル) | 次世代太陽電池として研究開発 |
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＜出典、参考＞
・特許情報プラットフォーム（https://www.j-platpat.inpit.go.jp/）にて公開されている情報
＜留意事項＞
・本サイトでは、特許情報を正確かつ最新の状態でお伝えするよう努めていますが、情報の完全性を保証するものではありません。
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