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ペロブスカイト太陽電池 日本発の「新型太陽電池」の実用化 に期待できそう。

メガソーラーや住宅用ソーラーパネルで活用されている『シリコン太陽電池』。誕生以来60年以上が経過しており、世界的に普及が進むなか、日本の研究者が新たに開発した新型太陽電池が注目を集めている。圧倒的に低コストで作製できる可能性を秘めている、新型太陽電池「ペロブスカイト太陽電池」

更新日: 2018年05月12日

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guggugu-さん

ペロブスカイト太陽電池とは?

2009年に桐蔭横浜大学 宮坂力教授らのチームがペロブスカイト結晶の薄膜を発電部に使用、太陽電池として動作することを確認

近年、ペロブスカイト半導体を使った太陽電池は圧倒的なスピードで変換効率が上昇し、シリコン太陽電池に迫る16%を超える効率に届いている。

メガソーラーや住宅用のソーラーパネルで活用されている『結晶シリコン太陽電池』。誕生以来60年以上が経過しており、世界的に普及が進むなか、日本の研究者が新たに開発した新型太陽電池が世界の注目を集めている。

『ペロブスカイト太陽電池』と称する特殊な結晶構造を持つもので、現在主流のシリコン系に比べて格段に安く太陽電池を作れるという。

日経サイエンス  2015年10月号
 「ペロブスカイト」と呼ばれる結晶材料でできた新型の太陽電池が注目されている。日本の大学で生まれた成果で,世界中の研究者が実用化を目指し開発競争に参入している。光電変換効率の記録は上昇,シリコン製に急速に近づいており,将来はシリコン製を超える可能性がある。また低温で作製できるので製造コストの抑制が可能なうえ,柔軟で色もカラフルで応用範囲も広がりそうだ。屋根だけでなく,窓や外壁に組み込むといったアイデアも出ている。ただ「短時間での劣化を防ぐ」「微量に含まれている鉛を永久に封じ込める」「大型化する」といった開発課題も抱えている。

安定性など実用化に向けた課題はあるものの、圧倒的に低コストで作製できる可能性を秘めており、太陽電池の新たな市場を切り開こうとしている。

「ペロブスカイト」という結晶構造を持つ、日本発の新型太陽電池が世界の研究者から注目されている。開発からわずか5年でエネルギー変換効率が5倍に増え、現在主流のシリコン系太陽電池に近づきつつある。

ペロブスカイト構造とは、結晶構造の一種である。

鉱石である「ペロブスカイト(灰チタン石)」と同じ結晶構造をペロブスカイト構造と呼ぶ。

例えば、BaTiO3(チタン酸バリウム)のように、RMO3 という3元系から成る遷移金属酸化物などが、この結晶構造をとる。

製造コスト  圧倒的に低コストで作製できる可能性

塗るだけで高効率に発電できる太陽電池 PDF

理化学研究所
印刷技術によって大面積を低コストで製造できる塗布型OPV。
薄くて軽いシート状の塗布型OPVは曲げることもできるので、建物の壁や曲面、車体など、これまで設置が難しかった場所に貼り付けて発電することができる。

科学雑誌「Newton」8月号に, 宮坂教授のペロブスカイト太陽電池が紹介されました。



・作製方法が簡単なうえ、製造コストも安価。

・高温加熱や高真空プロセスを必要としない。

・ガラス基板の上で、多孔質の酸化チタンに溶液を塗布して乾かすだけで作製できる。

http://www.nikkan.co.jp/news/nkx1520141024afab.html

実用化も 見えてきている。

ペロブスカイト系太陽電池は、2009年に、桐蔭横浜大学の宮坂教授が発表しました。

オックスフォード大学のSam Stranksは、今後2、3年で20-30%まで効率を高めることが可能と言っています。

既にアモルファス太陽電池よりも効率が高く、製造コストも低下可能です。今後の実用化・普及が期待されます。
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2015.03.18 実用化に向けて着実に進歩

http://www.nikkan.co.jp/news/nkx0720150319eaak.html

ペロブスカイト太陽電池は、塗布するだけで作れる安価な次世代太陽電池として注目されている。だが、同じ製造法でも発電効率が1―10%までバラつくなど安定性に課題があった。そこで、バラつきの原因となる製造プロセス中の水分や酸素を排除した。有機薄膜太陽電池の装置を転用できる。

オランダSollianceは、変換効率が10%のペロブスカイト薄膜太陽電池モジュールの大型化に成功。

 Sollianceによれば、ペロブスカイト太陽電池モジュール開発の究極の目的は、1枚1枚製造する枚葉方式ではなく、ロールツーロール方式やシートツーシート方式などの連続大量生産方式を適用することだという。今回の成果によって、この目的に向かう最初の障壁を越えたとする。

http://www.itmedia.co.jp/smartjapan/articles/1605/26/news031.html

次世代太陽電池と期待される「ペロブスカイト太陽電池」の材料に、ルビジウムなどの希少金属を一切使わずに、20.5%と高い変換効率と発電の安定性を実現した。地球上に多く存在するカリウムを添加して結晶構造を安定化させた。長期の耐久性試験を行うとともに、パナソニックや東芝などと実用化に向けた評価、検討を進める。
https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00449493?isReadConfirmed=true

あらゆる太陽電池の効率を審査している国際再生可能エネルギー研究所(NREL)によると、ペロブスカイト太陽電池の最高効率は2015年2月17日現在20.1%です。この2、3年余りで変換効率が上がっており、将来的には単結晶Si太陽電池に並ぶ可能性も秘めています。今後、太陽電池が現在普及している単結晶Siではなく、ペロブスカイト太陽電池になる時代がくるのでしょうか。研究の進展をチェックしていきたいと思います。

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桐蔭横浜大学大学院工学研究科の宮坂力教授らは、「ペロブスカイト」という結晶構造を持つ化合物を使い、光を大電流に変換する光ダイオードを開発した。光検出感度は1ワット当たり620アンぺアで、弱い光を大電流にする力は一般の光ダイオードに比べて約2400倍。材料は安価でペンキのように塗って大面積の光ダイオードを作れる。

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