次世代型太陽電池の本命「ペロブスカイト太陽電池」がわかる。研究開発と産業化への現在地
「本命」の理由と事業化への課題
次世代型太陽電池の本命「ペロブスカイト太陽電池」の実用化が近づいている。政府は今秋にも導入目標や価格目標を盛り込んだ戦略を策定し、産業化を後押しする構えだ。ペロブスカイト太陽電池の実現に向けた研究開発の現状や課題、国内メーカーの動きと「次世代型太陽電池の本命」とされる理由やその仕組みを紹介する。 【図解】ペロブスカイト太陽電池の仕組みと市場予測 ペロブスカイト太陽電池は、2006年に桐蔭横浜大学の宮坂力研究室で生まれた日本発の技術だ。その特徴を一言で言えば、「原料の溶液を基板に塗って乾かす」という印刷技術で作製できる薄膜の太陽電池。フィルムやガラスを基板とし、その上に光を吸収して電気に変える半導体（ペロブスカイト）を極薄の発電層として被覆して作製する。基板にフィルムを用いると、薄くて軽く曲げられる太陽電池が実現できる。現在主流のシリコン太陽電池は、発電層に用いるシリコン（ケイ素）が割れやすい。一般に強化ガラスに貼り付け、ポリマーのシートで挟む構造のため、固くて重くなる。ペロブスカイト太陽電池はシリコン太陽電池の10分の1の重さを実現できるとされ、これまで太陽電池の設置が難しかった耐荷重の低い屋根や壁面などに設置できる。「次世代型」の所以だ。 ではなぜ本命とされるのか。最大の理由は、光を電気に変える効率（変換効率）の高さにある。米国国立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小面積セルの変換効率は23年7月時点で26.1％。シリコン太陽電池（26.1％／23年12月時点）と同等の水準に達している。特に、13年7月時点で14.1％だったところから、わずか10年で急上昇したことが、「本命」に位置付けられる要因になった。 ペロブスカイト太陽電池の優位性としては、安価に製造できる可能性もポイントだ。ペロブスカイト太陽電池は150℃未満の低温で発電層を形成できる。シリコン太陽電池は製造過程で1000℃以上の高温環境が必要になるため、それに比べてエネルギー消費量が減らせる。また、基板にフィルムを用いると、生産効率が高いとされる、ロール状の長いフィルムを巻きだして成膜・加工するプロセス（ロール・ツー・ロール〈R2R〉）で製造できる。さらに、主要原料はヨウ素や鉛で、シリコンに比べて安価だ。薄くて軽ければ、搬送や設置に必要なコストの低減も見込める。 一方、産業化に向けて大きな課題が三つある。一つは耐久性。ペロブスカイトは水分や酸素などに弱く、劣化しやすい。二つ目は実用サイズの大面積モジュールにおける高効率化だ。研究室で作製する小面積セルは再現性高く20％以上の変換効率が実現されているものの、30cm角を超えるサイズでは20％になかなか届かない。ペロブスカイト太陽電池は溶液を塗って発電層を作製するが、大面積の場合は、その際の均質な成膜が難しいためだ。 主要原料の鉛は環境に有害で、それも問題になる。鉛の使用量を減らしたり無くしたりする研究開発が進められているが、そのハードルは高く、実用化当初は適切な管理・回収体制が不可欠になる。
