ペロブスカイト型次世代太陽電池の実用化近づく

世界中で日本発のペロブスカイト型という新型太陽電池の開発競争があり、実用化が近づいています。

太陽電池は地球に降り注ぐ膨大なエネルギーの太陽光から電気を発生させる物質の総称であり、たくさんの種類の太陽電池が研究されています。(更に詳細はNEDO太陽光発電

しかし現在は産業用・民生用としてはシリコン系が圧倒的に使われています。

シリコン系も単結晶型から多結晶型、アモルファル型へと進化し、モジュールの改良とも合わせ現在はそれら単独またはその組み合わせで使われています。

これらシリコン系の特徴としては、発電効率は20%程度とまだ低く、重い、硬い、割れやすいといった欠点や、製造時真空装置を使うなど生産が難しく、製造コストが高いといった問題があります。

変換効率だけならシリコン型を超えるものはいろいろあり、量子ドット型太陽電池に至っては
理論値は70%近くに達するとされています。

しかしシリコン系の最大の特徴は耐久性で約20年以とされ、これが現在の太陽電池市場での圧倒的地位を確率している所以です。

しかし最近このシリコン系に取って代わるとされる技術が日本の研究者によって生み出されました。
ご存知の方も多いと思いますが、2009年9月桐蔭横浜大学の宮坂力教授らが発表した
ペロブスカイト型太陽電池です。ノーベル賞候補にも選定されているほどです。

ペロブスカイト構造については後述するとして、この型の太陽電池の最大の長所は、発電基板の製造が超簡単にでき、使い勝手が非常に良くなるとされるものです。
例えば製造は基板となる薄いプラスチック板に液体の原料を塗って乾かすだけで済むつまり印刷方式で大量生産ができる様になるということです。

大量生産が可能となるため低コストとなり、また製品は薄く、軽いため、現行のシリコン基盤の様に平面パネル/架台での設置の必要はなく、曲面や壁などにも貼って使える様になるというものです。

このペロブスカイト型太陽電池が発表されてから、世界中の研究者が競って研究を始めており、開発当初は3.9%だったものが10%となり現在は20%くらいまで急激に向上してきています。現在の最高値は外国勢の22.7%です。(ただし試作面積の大きさが小さい場合は高めに出ている場合があり、一定の面積での性能評価必要があることに注意を要する。)
このペロブスカイト太陽電池の太陽光理論値は30%とされていましたが、2017.4パデュー大の60%超の可能性があるとの報告もあります。

実際大量生産(大面積)でも変換効率20%台が確保できれば、変換効率だけについて言えばほぼ十とも思われますが、問題は耐久性と有害な鉛を含有していることです。

耐久性の方は、日本で確認された100℃で2600時間の性能を維持したとか2,3年程度とか報告されていますが、シリコン製にはまだ遠く及びません。

鉛の問題については鉛を使わない(鉛フリー)での太陽電池の開発が進められています。

現在世界で、変換効率アップと耐久性アップの研究が精力的に研究されており、将来的には、効率はシリコン型太陽電池を上回り、耐久性は近いものが開発されるものと期待されています。

したがって当面はペロブスカイト型太陽電池がその特徴(軽い・薄い・曲がる)を活かしてシリコン型太陽電池市場を少しづつ侵食して行きながら発展して行くと考えられます。

 

以下簡単な説明と、参考サイトをご紹介します。

ペロブスカイトとは
もともと地球下部マントルの主要構成鉱物(MgSiO3)の結晶構造であり、模式的にはABX3という組成で、八面体構造の中心に金属元素がありその廻りを立法体構造が取り囲む形をしている。

人工物ではチタン酸バリウム(BaTiO3)があり、宮坂教授が開発した組成は下記のような(CH3NH3)PbI3と言う元素構成です。

ペロブスカイト太陽電池の各研究機関による成果の経緯についての詳細は最後に添付したリストをご参照下さい。
尚、茨城県つくば市にある物質・材料研究所(NIMS)の
4月22日の一般開放で展示されていたパネル写真をご参考までに添付します。

尚一般的な太陽光発電に関しての記述はここでは省略し、主題のペロブスカイト太陽電池に関しては最近の主な記事(サイト)を年代順位ご紹介しますので、適宜ご参照下さい。

今話題の「ペロブスカイト」って何?
2015年10月22日
ペロブスカイト太陽電池で変換効率18.2%を達成、年内に20%目指す。印刷で量産できる安価な次世代太陽電池へ一歩
新聞より薄い「曲がる」太陽電池、インクジェット印刷で実現 (1/2)
2016年10月11日 h
紙のようにロール印刷、ペロブスカイト太陽電池
2017年03月22日
鉛フリーで実現、期待の「ペロブスカイト太陽電池」
20170713
ノーベル賞候補で俄然注目、「ペロブスカイト太陽電池」開発前線
2017年09月21日
ペロブスカイト太陽電池の新材料を発見、スパコン「京」を活用
20171017
日本発の太陽電池ペロブスカイト、年内にも実用化 柔軟で透明、窓や衣類に用途広げる
2018.2.11

期待のペロブスカイト太陽電池、耐久性10倍のブレークスルー
20180319

ぺロブスカイト太陽電池の実用化へ前進、寿命・製造を改良する新材料2018年04月10日

世界の注目を集める日本発の太陽電池「ペロブスカイト太陽電池」とは2018423

 

 

 

 

 

 

 

 

日本の太陽光パネルメーカーの生き残る道は?

日本の太陽光パネルの世界シェアが10年前から大きく後退してしまっている。

かつて(2005年)日本の太陽光パネルが世界の生産量の上位トップ5社の中で4社を独占していた。
(1位シャープ、2位Qセルズ(独)、3位京セラ、4位三洋電機、5位三菱電機と日本勢は約50%を締めていた。

しかし2016年現在、1位ジンコ・ソーラー(中国) 2位トリナ・ソーラー 3位カナディアン・ソーラー(カナダ) 4位JAソーラー(中国) 5位ハンファQセルズ(韓国)と日本勢は5位以内には入っていない。なんと10位圏外に陥落してしまったのだ。

液晶やELも最初に革新的な製品を出しながら、結局は外国勢に負けてしまったパターンと同じだ。携帯は国内だけで生き残っているためガラパゴス携帯(ガラケー)といわれている。

太陽光パネルで日本勢が外国勢に負けた理由としては次の様な要因が揚げられている。
1.外資参入を阻む複雑な流通
2.買取制度によるコスト意識の低下
3.国内製を好むユーザー
このよう国内向き志向な要因で価格競争力を失い外国勢に席巻されてしまった。

具体的には
1。海外ではパネルメーカーがパネルの施工・保守までを一気通貫で行う。
これに対し日本では中小工務店が施工を担当するが、メーカーと工務店の間に住設機器販売店が存在するので、どうしてもコストが上昇する。ただ日本の狭くて複雑な形状の土地や住宅・ビルの屋上にパネルを置くには中小工務店が必要だった。

2。再生エネでつくった電気を一定期間決まった価格で買い取るFIT制度が始まったのが12年7月。太陽光の場合当初は普及促進を狙い1kw時40円と非常に高額に設定された。導入には効果が大きかったが結局この高さがユーザーのコスト意識を薄れさせメーカーのコストダウン努力にブレーキを掛けてしまった。
買取価格は年々引き下げられて現在1kw時21円になっており、18年には20円、そして数年後には10円前後まで下がる見通しではある。
しかし、中東のドバイでは4円で売電しても採算があう太陽光発電がある。世界1位のジンコ・ソーラーと丸紅が3円を切る事業に着手しているのだ。

3。日本のユーザーは、工務店が安い外国製を提案しても、割高な日本メーカーの方を選ぶという。その心理は住宅を一生の買い物と考えることから屋根の上のパネルも同じような感覚を持つため、安さよりも信頼感や知名度に重きを置くためだそうだ。
しかし最近は消費者も割安な海外パネルに目を向け始めている。

パネルの生産増大に関して、中国の上位メーカーは日本メーカー京セラの年間出荷量に当たる分程の生産能力増強を毎年実施しコスト競争力を高めている。

日本のメーカーはパネルを単体で売る事業モデルはもはや出来なくなった。

それでは日本のパネルメーカーの生き残り策は?

1.生活の質を向上させる高度な製品・システムとする
住宅用太陽光パネルで作った電気を、単体畜電池やEVの電池も組み合わせてAIで家庭用エネルギー管理システム(HEMS)を構築しネットゼロエネルギーハウス(ZEH)を目指す

 

高変換効率太陽電池の開発とこれを使う高効率パネルの製品化
生産量では外国勢に席巻されてしまった日本メーカーだが日本のパネル開発力はトップレベルを走り続けており、その技術には世界が一目置く。
其の1.今年のノーベル賞候補にもあげられた、桐蔭横浜大学の宮坂力特任教授が開発した薄くて軽い「ペロブスカイト型太陽電池」だ。
薄膜型で軽く圧倒的に低コストで作成出来る。性能もシリコン製に近づいている。
其の2.カネカも8月NEDOとエネルギー変換効率が結晶シリコン太陽電池では世界最高の変換効率26.63%の太陽光電池を開発した。
其の3.換効率60%以上が期待される量子ドット太陽電池の開発も進行中だ。
これらの新型高変換効率の太陽光電池の製品化を行うことができれば再び日本メーカーが躍進する日がくると期待できる。

ところで、外国製の安いパネルを使って日本が活躍する方法もある。
商社の丸紅は外国製の安いパネルで大規模な発電所の建設をアラブ首長国連邦ドバイで行っている。
丸紅関連サイト1日経
丸紅関連サイト2EE times japan

今後もどしどし世界各地に建設してもらいたい。
(個人的にはこれが原子力発電所の抑制・廃棄につながると思う)

<参考サイト>

2.関連
宮坂力特任教授が開発した「ペロブスカイト型太陽電池
NEDOとカネカが開発の換効率が26.63%の太陽光電池
量子ドット太陽電池

1.関連(ZEH)
資源エネルギー庁
セキスイ

 

尚本稿は日経産業新聞10.25他を参照した。