ケイ素

May 16, 2023

将来を見据えて:従来の太陽光発電セルはシリコン半導体化合物をベースにしており、太陽光を電気エネルギーに変換する理論上の最大効率は 29% であることが知られています。 しかし、ベースシリコン層上に 2 番目のペロブスカイト層を組み込むことにより、太陽電池は近い将来、この効率しきい値を超える可能性があります。

ペロブスカイトは、カルシウムチタン酸化物鉱物と同じ結晶構造を共有する化合物の一種です。 この柔軟性に優れた材料は、超音波装置、メモリーチップ、発電用太陽電池など、さまざまな用途に使用されています。 最近の研究では、ペロブスカイトが太陽電池産業を新たなレベルの発電効率に向けて推進する「秘密のソース」である可能性があることを示唆しています。

現在の太陽電池技術は急速に最大効率レベルに近づいていますが、太陽光発電が地球温暖化に対する重要な緩和要因となるために必要な効率にはまだ達していません。 科学者らは、効率が30パーセントを超える必要があり、新しいソーラーパネルの設置率は現在の導入レベルと比較して10倍に増加する必要があると述べています。

シリコンベースの上にペロブスカイト層を追加することで、どちらも半導体特性を持ち、太陽光から捕捉されるエネルギー量を高めることができます。 シリコン層は赤色光から電子を捕捉し、ペロブスカイト層は青色光を捕捉します。 エネルギー吸収能力の向上は太陽エネルギーの全体的な価格の低下につながり、それによって太陽電池パネルのより迅速な配備と採用が可能になります。

科学者たちは効率的なシリコンペロブスカイト太陽電池技術の開発に何年も費やしており、2023年がこの分野で重要なマイルストーンとなるようだ。 最近の研究の進歩により、シリコンペロブスカイトタンデムセルの効率は 30% を超えることに成功しました。 進歩のペースは非常に速いため、このテクノロジーはすぐに市販製品でその強化された機能を実証することになります。

サウジアラビアのキング・アブドラ科学技術大学の材料科学・工学教授ステファン・デ・ウルフ氏は、2023年に大きな進歩がもたらされると信じている。 デ・ウルフ氏のチームはすでにシリコン・ペロブスカイト太陽電池で効率レベル33.7パーセントを達成しているが、彼らの研究はまだ科学雑誌に掲載される必要がある。

ドイツのヘルムホルツ材料エネルギーセンターのスティーブ・アルブレヒト率いる別のグループは、最近、最大32.5パーセントの電力変換効率を達成できるタンデムシリコンペロブスカイト電池に関する研究を発表した。 スイスのローザンヌにある連邦工科大学のXin Yu Chin氏が率いる第3のグループは、タンデムセルの効率レベルが31.25パーセントであることを実証し、「高効率と低製造コストの両方を実現する可能性」を示した。

デ・ウルフ氏によると、30パーセントのエネルギー閾値を超えると、「高性能で低コストの太陽光発電を市場に投入できる」という自信が生まれるという。 太陽光発電の容量は 2022 年に 1.2 テラワット (TW) に達しましたが、地球温暖化と温室効果ガスから生じる最も壊滅的なシナリオを緩和するには、2050 年までに少なくとも 75 TW まで増加する必要があります。

商業業界は太陽電池の効率向上に積極的に取り組んでいます。 中国最大のメーカー (LONGi) は、実験室ですでに 33.5% の効率を達成しています。 次のステップでは、効率的なシリコン ペロブスカイト タンデム セルのサイズを実験条件 (1 cm 四方) から商業レベルの機能 (15 cm 四方) にスケールアップします。 デ・ウルフ氏は、遅かれ早かれこの目標を達成できると確信していると述べています。