シリコン太陽電池｜衛星の電力コスト90%削減と重量半減の可能性

2026年9月27日

サリー大学 / AlphaGalileo イギリス

概要

サリー大学の研究者らがActa Astronautica誌で発表したレビューによると、最新のシリコン太陽電池への切り替えにより、衛星の電力供給コストを最大90%削減し、太陽電池アレイの重量を半減できる可能性があります。現在主流のガリウムヒ素ベースの三重接合セルと比較して、シリコンセルは放射線耐性が劣るものの、大幅なコストメリットと、セル自体の耐久性向上による薄いカバーガラスの使用でさらなるコスト・重量削減が見込まれます。この技術は、小型衛星コンステレーションの展開を加速し、宇宙利用の経済性を根本的に変える可能性を秘めています。

詳細

主要成果

サリー大学の研究者らが学術誌Acta Astronauticaで発表した最新のレビュー論文によると、衛星の電力供給システムにおいて、従来のガリウムヒ素（GaAs）ベースの三重接合太陽電池から、最新技術を用いたシリコン太陽電池へと移行することで、電力コストを最大90%削減し、太陽電池アレイ全体の重量を半減できる可能性が示唆されました。これは、特に小型衛星コンステレーションの経済性と展開速度を大幅に向上させる画期的な発見であり、宇宙利用のコスト構造を根本から変革する可能性を秘めています。

技術詳細

このレビューで指摘されたシリコン太陽電池のコスト・重量削減の具体的なメカニズムは以下の通りです。

シリコンセルの低コスト性: シリコンは地球上で最も豊富に存在する半導体材料であり、地上向け太陽電池の製造技術が確立されているため、ガリウムヒ素と比較して製造コストが桁違いに安価です。この製造規模の経済性が、宇宙向けセルにも適用可能です。
重量削減のメカニズム: 従来の宇宙用太陽電池は、宇宙放射線からの保護のために厚いカバーガラスを使用する必要がありました。しかし、最新のシリコンセルはセル自体の放射線耐性が向上しており、これによりより薄く、より軽量なカバーガラスの使用が可能になります。このカバーガラスの薄型化が、アレイ全体の重量を大きく削減する要因となります。
放射線耐性の課題と克服: シリコンはガリウムヒ素に比べて放射線耐性が劣るという欠点がありますが、近年の研究により、構造設計の最適化、ドーピングプロファイルの改善、表面パッシベーション技術の進歩などによって、その放射線劣化が抑制されつつあります。レビューでは、これらの進歩を考慮してもなお、コストと重量のメリットが放射線耐性の課題を上回ると結論付けられています。
宇宙環境での性能: 低軌道（LEO）のような比較的放射線レベルが低い環境であれば、現在のシリコン太陽電池でも十分な性能を発揮できるとされています。高軌道や深宇宙ミッションにおいては、さらなる放射線耐性向上が求められますが、そのための研究も進められています。

背景と業界文脈

宇宙産業では、数十年前からガリウムヒ素ベースの太陽電池がその高い変換効率と優れた放射線耐性から標準的に使用されてきました。しかし、ガリウムヒ素は高価であり、製造プロセスも複雑であるため、衛星の総コストに占める電力システムの割合が高くなっていました。近年、小型衛星（CubeSatや小型衛星コンステレーション）の爆発的な増加に伴い、打ち上げコストだけでなく、衛星本体の製造コスト削減が喫緊の課題となっています。特に、通信衛星や地球観測衛星のコンステレーションでは、数千から数万機もの衛星を同時に展開するため、太陽電池の単価と軽量化が事業の成否を左右する重要な要素となっています。

今後の展望

サリー大学の研究チームが示したこのレビュー結果は、宇宙産業におけるパラダイムシフトの可能性を提示しています。もしシリコン太陽電池がその潜在能力を最大限に発揮できれば、衛星1機あたりの電力システムにかかるコストと重量を大幅に削減できるため、以下のような広範な影響が予想されます。

コンステレーション展開の加速: 数千機規模の通信衛星コンステレーション（例: Starlink、OneWeb）の展開がさらに加速し、より安価で高速な宇宙インターネットサービスが世界中に普及するでしょう。
新たな宇宙ミッションの創出: コストと重量の制約が緩和されることで、より多様な科学ミッションや商業ミッション（宇宙製造、軌道上サービスなど）が経済的に実行可能になります。
開発途上国への宇宙アクセス: 低コストな衛星の普及は、開発途上国が独自の宇宙能力を構築し、地球観測や通信インフラを整備する機会を拡大します。
太陽電池技術の競争激化: ガリウムヒ素ベースのメーカーは、シリコン技術との競争に直面し、変換効率向上やコスト削減で対抗する必要が生じるでしょう。

今後は、シリコン太陽電池の長期的な宇宙環境での信頼性データの蓄積と、さらなる放射線耐性強化のための研究が焦点となるでしょう。この技術が成熟すれば、宇宙利用の民主化と宇宙経済の爆発的な成長を牽引する重要なドライバーとなる可能性を秘めています。

元記事: https://www.surrey.ac.uk/news/silicon-solar-cells-could-cut-satellite-power-costs-90-cent

毎週の技術動向レポートを無料でお届け

各分野の分析レポートを読む価値があるかどうか一目で判断できるインフォグラフィックをメールで受け取れます。

📢 メールマガジンに無料登録（週刊・技術動向レポート）

ご登録いただくと、Troy-Technical から週刊で技術動向レポート（メールマガジン）をお届けします。