ペロブスカイト太陽電池について徹底解説

みなさん、こんにちは。
久野商事の久野でございます。

近年、日本ではSDGsやカーボンニュートラルの動きが強まっています。
中でも、太陽光発電はEV自動車普及の流れもあり、導入される家庭や企業が増えています。

そんな太陽光発電ですが、主装置である太陽光電池(太陽光パネル)には様々な種類があります。
それぞれ特性や価格が異なり、発電量の違いもあるため、太陽光発電をおこなう上で、太陽光電池選びは特に重要となります。

太陽光電池の選び方について知りたい方はコチラをご覧ください。

今回は、太陽光電池の中でも、次世代の太陽光電池と期待されている「ペロブスカイト太陽電池」について説明します。

ペロブスカイト太陽電池について

まず初めに、ペロブスカイト太陽電池について説明します。

ペロブスカイト太陽電池は2009年に桐蔭横浜大学の宮坂力教授らによって開発されました。
従来のシリコン系太陽電池と異なり、材料を塗布や印刷で容易に作成できるため、既存の太陽電池より低価格になります。

従来のシリコン系太陽電池は、技術開発がほぼ完了しており、変換効率がほぼピークに達しつつあり、価格競争でしか差別化できない状態になっています。
原料となるシリコンの価格は高止まりしており、日本や欧米企業は撤退を余儀なくされているのが現状です。

一方で、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ています。
ペロブスカイト太陽電池は現在主流の「シリコン系太陽電池」や「化合物系太陽電池」にも匹敵する高い変換効率を達成しています。

ペロブスカイトについて

次に、ペロブスカイトについて説明します。

ペロブスカイトとは灰チタン石のことを指します。
独特の結晶構造は「ペロブスカイト構造」と呼ばれ、主要な原料はヨウ素であり、日本はチリに次ぐ世界2位の生産国です。
日本の国土の地下にはヨウ素を豊富に含んだ地下水が多くあるため、容易に取り出すことができます。
この結晶構造を持つ物質は他にもあり、またさまざまな物質を合成して作ることもできるため、それらを総称してペロブスカイトと呼びます。

ペロブスカイト太陽電池のメリットについて

次に、ペロブスカイト太陽電池のメリットについて説明します。

製造にレアメタルが不要

ペロブスカイト太陽電池はレアメタルを用いずに製造できます。
従来の太陽電池では、レアメタルやレアアースといった稀少な金属が必要となります。
そのため、計画通りに製造できないという問題があります。
ペロブスカイト太陽電池は一般的な化学物質から製造することができるので、計画通りに製造ができます。

製造コストが安い

ペロブスカイト太陽電池は従来の太陽電池と異なり、複雑な製造工程は必要なく、材料を塗って乾かすだけという簡単な工程で製造できます。
そのため、製造にかかるコストを従来の半分まで削減できます。

様々な形状で設計製造ができる

ペロブスカイト太陽電池は折り曲げられるのが大きな特徴であり、建物の壁や湾曲した屋根などに設置することができます。
これにより、従来の太陽電池では設置することが難しかった場所に設置することが可能になり、スペースを有効利用することができます。

ペロブスカイト太陽電池のデメリット

次に、ペロブスカイト太陽電池のデメリットについて、説明します。

結晶構造が不安定

ペロブスカイト半導体は熱によって変化しやすい性質があります。
赤外線や紫外線に弱く、結晶が劣化し発電性能が落ちてしまいます。

材料に鉛が必要

ペロブスカイト太陽電池は少量ではありますが、鉛を使用します。
鉛が土壌に流出してしまうと環境への影響がでる恐れもあるため、現在では鉛を使用しないペロブスカイト太陽電池の研究が進んでおり、実用化が期待されています。

実用化に向けた取り組みについて

次に、ペロブスカイト太陽電池の実用化に向けた取り組みについて説明します。

ペロブスカイト太陽電池は実用化に向け世界中で研究されており、特に中国が一歩リードしている状況です。
中国は積極的に特許の出願を行い、中国に敵わないと判断した欧米諸国は早々に撤退しました。従来の太陽光パネルも、当初は日本製のパネルが世界の50％を占めていましたが、低価格で大量生産を行う中国に敵わず撤退したという歴史があります。
日本も高度な技術を用いた方法で大量生産を進めており、製造コストはかかってしまうものの耐久性に優れた製品を目指しています。

実用化を目指す主な日本メーカについて

次に、ペロブスカイト太陽電池の実用化を目指している日本メーカーをご紹介します。

積水化学工業

積水化学工業ではフィルム型ペロブスカイト太陽電池を建物壁外に設置した国内で初めての実証実験を2023年4月から開始しました。
高層ビルの壁面は、荷重や風圧への対応などの課題が多く、採用されることは少なかったですが、ペロブスカイト太陽電池の薄く、軽い、曲げられる特性を活かし課題を解決できる見通しになっています。

東芝

新たな被膜法を開発し、世界最高のエネルギー変換効率15.1％を実現しました。
15.1％は現在普及しているシリコン型の太陽電池エネルギー変換効率に相当します。
従来の大面積のペロブスカイト太陽電池は、2ステップ方式という素材の塗布方法で、変換効率が低下してしまうというデメリットが存在しました。東芝は、1ステップメニスカス塗布方法という革新的な方法を開発したことで電力変換効率の向上に向けて大きく前進しました

パナソニック

ナソニックはガラス建材一体型ペロブスカイト太陽電池のプロトタイプを開発しました。
従来のシリコン型太陽電池は、遮光性やデザイン面の観点から窓などのガラス部への設置が課題でした。
パナソニックのガラス建材型のペロブスカイト太陽電池は、これらの課題を解決し、太陽電池の設置場所への大幅な増大が見込まれています。