はじめに
太陽光発電は、環境に優しく持続可能な再生可能エネルギーとして、ますます注目を集めています。従来のシリコン系太陽電池に加え、近年、ペロブスカイト太陽電池が次世代の有力候補として台頭してきました。ペロブスカイト太陽電池は、優れた特性と多様な可能性を秘めており、今後の太陽光発電の主役になることが期待されています。
ペロブスカイト太陽電池とは
ペロブスカイト太陽電池は、ペロブスカイト結晶を光吸収層に用いた新しい太陽電池技術です。従来のシリコン系太陽電池と比べ、さまざまな優れた特徴を持っています。
高い変換効率
ペロブスカイト太陽電池は、シリコン系太陽電池に匹敵する高い変換効率を実現しています。最新の研究では、実験室レベルで25%を超える変換効率が達成されており、シリコン太陽電池とのタンデム構造では29%以上の高効率化にも成功しています。
変換効率の向上は、ペロブスカイト材料の組成や製造方法の改良によって実現されています。さらに、自動化ロボットやカーボンナノドットの活用により、性能の安定化も進んでいます。
低コストな製造
ペロブスカイト太陽電池は、塗布や印刷技術による製造が可能であり、製造コストが大幅に低減できます。レアメタルを必要とせず、比較的手に入りやすい材料を使用できるため、資源争奪戦を回避できる可能性があります。
また、量産化への取り組みも進められており、2030年には発電コストが6~7円/kWhと、非常に低コストになる見通しです。
軽量でフレキシブル
ペロブスカイト太陽電池は、薄膜化が可能で軽量かつ柔軟な構造を実現できます。これにより、従来の太陽電池では設置が難しかった場所への設置が可能になります。
例えば、ビルの外壁や窓ガラス、高層ビルの壁面、自動車や電気自動車、農業用ハウス、ドローンなど、様々な用途が期待されています。
実用化に向けた課題
ペロブスカイト太陽電池は大きな可能性を秘めていますが、実用化に向けてはいくつかの課題があります。
耐久性の向上
現在の高効率ペロブスカイト太陽電池では、一部に鉛が使用されているため、環境への影響が懸念されています。鉛を使わない材料での高効率化が進められていますが、まだ課題が残されています。
また、ペロブスカイト材料の結晶構造の安定性や、長期的な性能維持などの耐久性の向上も必要とされています。
量産技術の確立
ペロブスカイト太陽電池の量産化には、大面積モジュールの製造技術や、正確な性能評価法の確立が重要です。産総研では、2025年を目標に再現性の良い性能評価法の確立に取り組んでいます。
さらに、企業が直接使える評価手法の開発や、製造プロセスの最適化など、量産体制の構築が課題となっています。
特許をめぐる動向
ペロブスカイト太陽電池の特許動向を見ると、日本企業が基本特許を押さえつつ、改良・量産に関する特許も多数保有しています。一方で、中国企業の特許出願が急増しており、今後の製品化をめぐる駆け引きが注目されます。
経産省は、エネルギー安全保障の観点から、ペロブスカイト太陽電池の研究開発と事業化を支援しています。日本発の技術として主導権を握ることが重要となっています。
期待される活用分野
ペロブスカイト太陽電池の特性を生かせば、従来の太陽光発電では難しかった分野への活用が期待できます。
都市部での太陽光発電
ペロブスカイト太陽電池は軽量で柔軟なため、ビルの外壁や窓ガラスへの設置が可能になります。東京電力ホールディングスは、都市部におけるエネルギー創出の最大化と地産地消を目指しています。
また、日本の限られた国土においても、壁面や耐荷性の低い屋根への設置が期待されています。
通信インフラへの活用
KDDI、KDDI総合研究所、エネコートテクノロジーズは、2024年2月から群馬県で「サステナブル基地局」の実証実験を開始します。この実験では、国内初となるペロブスカイト太陽電池を用いた商用基地局の運用を行います。
ペロブスカイト太陽電池の「薄い」「軽い」「あらゆる形状に曲げられる」という特性を生かし、電柱型基地局への設置を可能にします。
建材への応用
パナソニックグループは、ペロブスカイト太陽電池を既存のガラス建材に組み込むことを目指しています。インクジェット塗布技術を活用して、信頼性の高い製品の実現を目指しています。
建材への応用によって、新たな市場の開拓が期待されています。
まとめ
ペロブスカイト太陽電池は、高い変換効率、低コストな製造、軽量でフレキシブルな構造などの優れた特性を持っています。一方で、耐久性の向上、量産技術の確立、特許をめぐる動向など、解決すべき課題もあります。しかし、都市部での太陽光発電、通信インフラへの活用、建材への応用など、幅広い分野での活用が期待されています。ペロブスカイト太陽電池は、再生可能エネルギーの普及と持続可能な社会の実現に大きく貢献する可能性を秘めています。
よくある質問
ペロブスカイト太陽電池の特徴は何ですか?
ペロブスカイト太陽電池は、高い変換効率、低コストな製造、軽量でフレキシブルな構造などの優れた特性を持っています。従来のシリコン系太陽電池に匹敵する高い変換効率を実現し、幅広い用途への活用が期待されています。
ペロブスカイト太陽電池の課題は何ですか?
ペロブスカイト太陽電池には、耐久性の向上、量産技術の確立、特許をめぐる動向など、解決すべき課題がまだ残されています。鉛の使用や結晶構造の安定性など、長期的な性能維持が重要な課題となっています。
ペロブスカイト太陽電池の用途はどのようなものが考えられますか?
ペロブスカイト太陽電池は、都市部での太陽光発電、通信インフラへの活用、建材への応用など、従来の太陽光発電では難しかった分野への活用が期待されています。軽量でフレキシブルな特性を生かし、設置場所の拡大が期待されています。
ペロブスカイト太陽電池の今後の動向はどのようになりますか?
ペロブスカイト太陽電池は、再生可能エネルギーの普及と持続可能な社会の実現に大きく貢献する可能性を秘めています。日本企業が基本特許を押さえつつ、改良・量産に関する特許も多数保有しています。経産省も研究開発と事業化を支援しており、日本発の技術として主導権を握ることが重要とされています。
