記事掲載日:2024/4/15
カーボンニュートラル実現に向けて活用が不可欠とされる再生可能エネルギー。なかでも太陽光発電は2030年度に電力全体の14〜16%を担う計画で、 その推進に向けて注目を集めているのが「ペロブスカイト太陽電池」です。 今、日本も世界も開発に大きく力を入れているこの新技術の概要を解説します。(ライター南由美子/nameken)
各国が研究開発にしのぎを削るペロブスカイト太陽電池を発明したのは、桐蔭横浜大学の宮坂力(つとむ)特任教授です。2009年にその仕組みについて最初の論文を発表すると世界中から注目を集めました。
ペロブスカイト太陽電池は、ペロブスカイトと呼ばれる結晶構造の材料を用いた新しいタイプの太陽電池で、光エネルギーを電気に変換できる効率も徐々に向上しており、実用水準になっています。
このペロブスカイト太陽電池の特徴をまとめてみました。
●さまざまな形状に曲げられる
「曲がる太陽電池」ともいわれ、小さな結晶の集合体が膜になっていて、柔らかく折り曲げやすい特徴を持っています。
●軽い・薄い
従来のシリコン系太陽電池よりも軽くて薄いというメリットがあります。厚さはシリコン系の約100分の1で、重さは約25分の1です。
●材料費が安い
ペロブスカイト太陽電池の主な材料は、輸入に頼らざるを得ないレアメタルや高価な貴金属ではなく、日本で調達できるヨウ素であるため、従来より材料費が抑えられます。 また、フィルムなどに材料を塗布・印刷して作るため、シリコン系太陽電池よりも製造工程が少なく、製造費用を抑えられることが期待されている上、軽いので輸送費も下がり、低コスト化を図れます。
●弱い光でも発電できる
太陽電池が発電するには、シリコン系なら約10万ルクスの高照度の光が必要でしたが、ペロブスカイトなら200ルクスほどの低照度でも可能です。そのため曇天、雨天、朝夕などの日照の悪い場合や、室内でも発電できます。
こうした特徴を生かし、社会や生活のなかでさまざまな活用が期待されています。
まず、軽量でフレキシブルであることから、これまで太陽光発電システムを設置できなかった場所での利用を見込めます。たとえばビルの壁面や耐荷重が小さい工場などの屋根です。 頑丈な架台なども必要ないため、壁や窓に取り付けられるほか、従来のソーラーパネルでは重すぎたり、形状が合わなかったりした屋根にも設置可能です。
また、小型のペロブスカイト太陽電池を自動車、ドローン、衣類、鞄などに取り付けることも想定されています。電気自動車に用いて連続走行距離を伸ばしたり、 ドローンに搭載して連続飛行時間を増やし、災害時や輸送などに役立てたり、衣類や鞄に貼り付けて移動しながら発電してモバイル端末などに活用したりといったほか、 農業用ハウス、工場や住宅のなかでの利用も期待されています。
このようにペロブスカイト太陽電池は私たちの生活に大きな変化をもたらす一方、非常に高度な生産技術が必要であり、耐用年数の向上、歩留まり(*1)の改善や大型化などの課題もあります。
政府はペロブスカイトを次世代太陽電池として位置付け、企業と連携して実用化事業や実証事業を進めています。 2023年4月には、岸田文雄首相が再生可能エネルギーの普及拡大に向けた閣僚会議で「2030年を待たずに早期に社会実装を目指す」とし、同年10月には「2025年の実用化」を表明。 「カーボンニュートラルの実現に重要な技術、製品の開発、普及に向け、GX(グリーントランスフォーメーション)に向けた投資戦略を策定する」としました。
これまで、日本の太陽光発電にはソーラーパネルの設置に適した土地が少ないという島国ならではの制約がありました。 それを克服し、太陽光発電を拡大していく切り札として期待が高まっているペロブスカイト太陽電池。今後、量産技術の確立や生産体制の整備が進んでいくことが期待されます。
(*1)原料や素材の投入量に対し、実際に得られた生産数量の割合。また、生産数量における、所定の性能を発揮する良品の割合。
(経済産業省 資源エネルギー庁「2030年に向けた今後の再エネ政策」より)
経済産業省 資源エネルギー庁
日本の再エネ拡大の切り札、ペロブスカイト太陽電池とは?(前編)~今までの太陽電池とどう違う?
https://www.enecho.meti.go.jp/about/special/johoteikyo/perovskite_solar_cell_01.html
東京大学 先端科学技術研究センター
研究者一覧
https://www.rcast.u-tokyo.ac.jp/ja/research/people/staff-miyasaka_tsutomu.html
株式会社エネテク
【2024年最新】ペロブスカイト太陽電池とは?基礎知識と開発動向
https://enetech.co.jp/guide/perovskite-solar-cells/#i
国立研究開発法人 科学技術振興機構
ペロブスカイト型太陽電池の開発
https://www.jst.go.jp/seika/bt107-108.html
経済産業省 資源エネルギー庁
「次世代型太陽電池の開発」プロジェクトに関する研究開発・社会実装計画(案)の概要
https://www.meti.go.jp/shingikai/sankoshin/green_innovation/green_power/pdf/002_03_00.pdf
経済産業省 資源エネルギー庁
2030年に向けた今後の再エネ政策
https://www.enecho.meti.go.jp/category/saving_and_new/saiene/community/dl/05_01.pdf
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