ペロブスカイト太陽電池というものをご存じでしょうか。
今まで太陽光発電といえば、空き地や建物の屋根などに設置するソーラーパネル・シリコン太陽電池が一般的でしたが、現在ではこのペロブスカイト太陽電池が次世代の太陽電池材料として注目を集めています。
このペロブスカイト太陽電池にはどのような特徴があり、従来のシリコン太陽電池と比較した場合にどのようなメリットがあるのでしょうか。
ここでは、今注目を浴びているペロブスカイト太陽電池について解説していきます。
ペロブスカイト太陽電池とは
太陽電池の基本的な仕組みは、光（ここでは太陽光）のエネルギーが照射されると電子（―）と正孔（＋）が発生し、それらが移動することで電気を生み出します。
現在主流となっているシリコン系太陽電池でも、シリコン半導体に太陽光が照射されることでこのような現象が起こり、発電します。
ペロブスカイトとは、灰チタン石のことでその結晶構造は独特な形をしているため、「ペロブスカイト構造」と呼ばれます。
このような結晶構造をもつ物質はほかにもあり、またさまざまな物質を合成して作ることもできるので、それらを総称して「ペロブスカイト」と呼ぶようになりました。
その中でも有機物を含むペロブスカイト結晶は、電力を光変換する光材料として研究が進められています。
桐蔭横浜大学教授の宮坂力氏のグループがこれを太陽電池に使うことを考え出し、電解液を含む色素増感太陽電池に組み込むことで光を電力に変換することに成功したのが、このペロブスカイト太陽電池の始まりです。
ペロブスカイト太陽電池の特徴には、材料を塗布や印刷で作ることができるため大量生産が可能である、歪みに強く軽い、安価な材料で製造できるといったことが挙げられます。
現在ではエネルギー変換効率も向上しており、現在主流となっているシリコン太陽電池と比較しても遜色ない高率になっています。
ペロブスカイト太陽電池の実用化への取り組み
ペロブスカイト太陽電池を実用化するためには、高い発電効率を維持しながら、耐久性の向上や量産技術の開発を行う必要があります。
企業が注力しにくく重要な研究課題については、国立研究開発法人産業技術総合研究所が取り組んでいます。
例えば材料研究や変換効率向上に加えて、劣化の原因やメカニズム、材料の相互作用の解明などです。
国も、実用化に向けた取り組みを行っています。
現在経済産業省では、2030年の社会実装に向けてペロブスカイト太陽電池の活用に向けた取り組みを行っています。
具体的には「次世代型太陽電池実用化事業」を立ち上げ、製品レベルでの大型化を実現するための各製造プロセス（例：塗布工程、電極形成、封止工程など）の個別要素技術の確立に向けた研究開発を行っています。
事業期間は2021年から2025年度までの5年間とし、ナノレベルで均一に塗布する技術など、各製造プロセスにおける重要技術を開発する予定です。
開発に参画するのは、Panasonic、積水化学工業、東芝などの企業です。
また、環境省も2024年度の予算に「新たな手法による再エネ導入・価格低減促進事業」が盛り込まれています。
この中の「窓、壁と一体となった太陽光発電の導入加速支援事業」では、建材一体型の太陽光発電装置の設置に補助金が交付される見込みです。
その補助率は３分の2または3分の1で、実施期間は2024年から2025年度が予定されています。
世界各国で実用家に向けた研究が行われている
ペロブスカイト太陽電池の研究は、世界中で行われています。
特に中国と韓国からは多くの論文が出ており、ベンチャー企業も増加しています。
1㎠以下の小さな研究用のサイズではありますが、変換効率で世界最高の数値を出しているのは、現在のところ韓国となっています。
また、ヨーロッパでもいくつかのベンチャー企業が生まれています。
このように、ペロブスカイト太陽電池は世界中から注目される存在となっています。
ペロブスカイト太陽電池を利用したPanasonicの発電するガラス
このように世界中でペロブスカイト太陽電池の開発競争が進む中、ガラス形建材一体型ペロブスカイト太陽電池のプロトタイプの研究を行っているのが、Panasonicです。
Panasonic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、技術検証を含めた1年以上にわたる長期実証実験を、神奈川県藤沢市のFujisawaサスティナブル・スマートタウン内に新設されたモデルハウスで開始しました。
脱炭素社会に向け、さらなるクリーンエネルギーの創出手段として太陽電池の普及が求められていますが、日本は平地が少なく建物の屋上も設置面積が限られています。
そのような問題を解決するために考案されたのが、Panasonicのガラス建材一体型ペロブスカイト太陽電池発電システムです。
Panasonicはペロブスカイト太陽電池をまちと暮らしに調和する「発電するガラス」と位置づけ、再生エネルギーの創出と都市景観の調和を両立し、二酸化炭素削減のインパクトとして貢献しています。
この実証実験を通して発電性能や耐久性の確認などを行いながら、事業化に向けて技術開発を進めています。
ペロブスカイト太陽電池の課題
ここまで読んでいただいた方にとってペロブスカイト太陽電池は、いいことづくめの新しい発電方法と思われがちですが、課題も残されています。
そのひとつが、耐久性です。
従来のシリコン太陽電池の耐用年数が20年程度であるのに対して、ペロブスカイト太陽電池は酸素や水、紫外線などに弱いため、その耐用年数は長くても5年程度です。
どのような方法で耐久性を高めていくかという点が、今後の普及率を左右する大きな課題であるといえるでしょう。
もうひとつの問題は、鉛を使用するということです。
ペロブスカイト太陽電池は、材料として微量ではありますが人体に有害な鉛を含んでいます。
この鉛が破損や雨などによって流出し人体や自然環境に悪影響を与えることが懸念されるため、現在は鉛を使用しない素材の開発が急がれています。
まとめ
ここまで、画期的な太陽光発電方法に利用可能なペロブスカイト太陽電池について解説してきました。
このペロブスカイト太陽電池には、従来のシリコン太陽電池にはないさまざまなメリットがある反面、多くの課題も残されていることがお分かりいただけたと思います。
しかし、このペロブスカイト太陽電池が実用化されれば、今まで日本の地形やまちの景観に対する問題を孕んでいたシリコン型太陽電池に取って代わり、さらに多くの電力を創造することが可能になります。
現在日本では国と企業が力を合わせて、このペロブスカイト太陽電池の研究と実用化、そして普及に取り組んでいます。
ペロブスカイト太陽電池が実用化されれば、SDGsの目標7エネルギーをみんなにそしてクリーンにを達成するための大きな力となるでしょう。