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インジウム不要のフレキシブルな有機薄膜太陽電池、東大が開発


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再生可能エネルギーの積極的活用を推進する日本において、太陽光発電は非常に有望な技術です。太陽光からエネルギーを生み出すには太陽電池が重要な装置であり、現在最も普及している太陽電池はエネルギー変換効率が高いものの、価格面や材質面で改良の余地が残されています。

 

太陽電池の技術改良が各地で進む中、東京大学大学院理学系研究科と工学系研究科(以下、東大)が、CNT(カーボンナノチューブ)を活用した新しいタイプの太陽電池を開発しました。

 

そこで今回の記事では、東大が開発したこの新しいタイプの太陽電池について、従来の太陽電池とはどのような面で異なり、どれほど画期的なのかをご紹介いたします。

 

これまでの太陽電池の特徴

現在、一般に使用されている太陽電池は大きく分けて3つの種類に分けることが出来ます。それぞれの種類の特徴は以下の通です。

 

・シリコン系太陽電池

シリコンを使用した太陽電池です。この種類の最も優れた面は、他のタイプと比べてエネルギー変換効率が高いことであり、そのため日本国内で最も普及しています。しかし、シリコンという材質はコストが高くなりがちで、経済性に問題があります。また、太陽光パネルの厚みが増してしまい、柔軟性に欠けてしまうというデメリットもあります。

 

・化合物系太陽電池

銅、インジウム、セレンといった無機化合物を使用した太陽電池です。高気温下でも変換効率を落とすことなく機能できる特徴があり、また影がかかっても発電量に大きな影響を与えることはありません。そのため、設置環境の制限はそれほど厳しくないというメリットがあります。さらに、シリコン系より安価というメリットもあります。しかし、エネルギー変換効率については決して良いとは言えず、この点が無機化合物のデメリットと言えます。

 

・有機系太陽電池

炭素材料を活用した有機系化合物の太陽電池です。柔軟性に富んだ材料で製造することができ、加工しやすくビルの壁面等にも備え付けることが可能です。将来の太陽電池として有望視されている種類です。しかし、エネルギー変換効率が上記の化合物系以上に悪いことがデメリットであり、性能改善が求められています。

 

東大開発のフレキシブルCNT有機薄膜太陽光電の特徴

この度、東大が開発した太陽電池は、上記の有機系太陽電池のタイプになります。

 

有機系太陽電池にはエネルギー変換効率が悪いというデメリットがありましたが、有機系太陽電池の中でも有機薄膜太陽電池と呼ばれる種類では、近年、変換効率の改善が行われきました。しかし、有機薄膜太陽電池の透明電極にはインジウムが使用されていることが多く、インジウムはレアメタルであるため、将来的に供給不足が懸念されています

 

そこで東大では、インジウムの代わりに資源豊富な炭素を用いたCNT(カーボンナノチューブ)を、透明電極の材質として採用しました。このことにより、有機薄膜太陽電池を大量生産しても、材料の供給不足のリスクを回避することが出来ます。

 

なお、透明電極にCNTを活用した同様の開発は従来から行われてきていましたが、やはりエネルギー変換効率の悪さが解決すべき問題として残っていました。従来の方式では変換効率が2%前後と言われています。しかし、東大の研究ではCNTを活用しながらもエネルギー変換効率を向上させる技術開発に成功し、変換効率として6%以上達成したようです。

 

さらに、カーボンナノチューブ薄膜をPETフィルムの上に転写することで、柔軟性に富んだ応用範囲の広い太陽電池が実現します。

 

まとめ

東大が開発したフレキシブルCNT有機薄膜太陽光電池には資源豊富な炭素素材の電極が用いられ、さらに、研究によって従来以上の高いエネルギー変換効率が実現しました。また、PETフィルムというフレキシブルな材料に転写できることから、応用範囲の広い太陽電池を製造することが可能になるでしょう。

 

そして、炭素自体が安価な材質であるため、太陽電池の製造コストを抑えることもできると期待されています。

 

有機系太陽電池の従来のデメリットを克服しながらも、低コストで太陽電池が製造できる…従来の太陽電池にはないこのような特徴は、画期的であると言えるでしょう。

 

東大では、今後もエネルギー変換効率向上のための性能改善を進める予定であり、実用化すれば太陽光エネルギー活用の普及に弾みがつくのではないでしょうか。今後の東大同研究グループの研究活動に、注目が集まります。

2015/07/01