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「印刷できる太陽電池」の実用化に一歩前進。有機薄膜太陽電池の光エネルギー損失低減に成功

Shinichi Sekine, @sekine_s
2015年12月4日, 午前11:00 in Electricity
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科学技術振興機構(JST)は、有機薄膜太陽電池(OPV:Organic Photovoltaics)のエネルギー変換効率向上に寄与する新素材を開発し、光エネルギー損失の低減に成功したと発表しました。光エネルギー損失とは、吸収した太陽光エネルギーを電力に変換する際に失うエネルギーのことです。

有機薄膜太陽電池は、有機物を含んだ個体の半導体膜からなる太陽電池。塗布型の次世代太陽電池として実用化が待たれています。

これは「塗布型」という名前の通り、物体の表面に塗れるのが特徴。輪転機による印刷などの手段を用いて広い面積の太陽電池が容易かつ大量に作れるほか、これまで太陽電池の設置に適さなかった場所でも太陽光発電が行える点、また材料費が安価に抑えられる点でメリットがある一方、エネルギー変換効率に課題があります。

Gallery: 塗布型有機薄膜太陽電池の光エネルギー損失低減に成功 | 3 Photos

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研究に携わったのは、理化学研究所 創発物性科学研究センターの尾坂格 上級研究員と瀧宮和男 グループディレクター、京都大学大学院工学研究科 大北英生 准教授らの共同研究チーム。研究課題は『高効率ポリマー系太陽電池の開発』で、温室効果ガスの削減に寄与する技術の創出を目的としています。

共同研究チームが開発した新素材は『PNOz4T』と呼ばれる半導体ポリマーで、エネルギー変換効率は旧世代の半導体ポリマー (PNTz4T) よりやや劣るものの、出力電圧が高く、光エネルギー損失が低い点が特徴。従来のOPVでは出力電圧が0.7V、光エネルギー損失が0.7~1eVだったところ、それぞれを1.0Vに向上し、約0.5eVまで低減することに成功しています。

JSTのリリースによれば、この数字はシリコン系など現在主流の無機太陽電池と同程度の損失量。従来のOPV素子は、光エネルギー損失が低ければエネルギー変換効率も低いというのが一般的でしたが、PNOz4Tはエネルギー変換効率も9%。上述のようにPNTz4Tまでには至らないものの、有機薄膜太陽電池としては高い値を示したとのことです。



PNOz4Tの特性は、半導体ポリマーが太陽光エネルギーを吸収し、励起状態となった後、電荷移動状態(電力発生時)に移行する際のエネルギー差が小さい(=光エネルギー損失が小さい)こと。



なおPNOz4Tには薄膜に改善の余地があり、さらなるエネルギー変換効率の向上が見込めるとのこと。将来的にPNOz4Tの性質を最大限まで引き出せれば、OPVのエネルギー変換効率は実用化レベルの15%程度まで向上する可能性があるとしており、当面は2016年度末までに12%の達成を目指します。

独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)が発表した『太陽光発電ロードマップ(PV2030+)』 (※リンク先はPDFファイル) によれば、有機系太陽電池の変換効率目標は2017年時点で12%、2025年時点で15%を目指しています。現在主流となっているシリコン結晶系の太陽電池は20~30%となっていますが、有機薄膜太陽電池が実用化すれば、太陽電池自体の価格やコストが大幅に下がるので、シリコン結晶系太陽電池の割合は相対的に減少することが予想できます。

さまざまな箇所に「塗れる」、また「印刷できる」太陽電池というのは夢のある話ですが、実際に実用化できるかどうかは最終的にコストとの兼ね合い。実用化までには様々なハードルがあるでしょうが、将来的に発電コストが下がることは歓迎したい未来です。

Source: JST
関連キーワード: electricity, jst, organic, photovoltaic, power, solar
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