前回のブログで、「私はペロブスカイト太陽電池にあまり期待していない」と書きましたが、この太陽電池は最近のニュースなどで有望な次世代太陽電池と取り上げられることが多く、不思議に思われる方がいるかもしれません。私がペロブスカイト太陽電池に期待していない理由を少し説明しておこうかと思います。

最大の理由は「低温プロセスである」という点です。結晶シリコン太陽電池は1000度近い高温で製作されます。ペロブスカイト太陽電池の方はよく知りませんが、塗布プロセスで製造できるということなのでそれほど高い温度ではないと思います。太陽電池は厳しい自然環境に設置されるものなので、高い耐久性が必要とされます。低温プロセスのペロブスカイト太陽電池がそんな環境に耐えられる気がしないのです。

私はかつてアモルファスシリコン太陽電池の研究に携わっていました。薄膜で低温プロセスのアモルファス太陽電池（この辺りペロブスカイト太陽電池と似ていますね）が発見された時は、従来の結晶シリコン太陽電池より画期的にコストダウンが可能だとされ、一世を風靡する勢いで注目が集まりました。ソーラー電卓が開発されたのもこの時です。しかし、アモルファス太陽電池は光劣化が克服できず、大規模な電力用途には使われることはありませんでした。

ペロブスカイト太陽電池にも同じような傾向が見られると思います。実際、今のペロブスカイト太陽電池は全く安定性が無いようです。ペンキのように塗って作れる太陽電池と言うのが謳い文句のようですが、ペンキは2-3年でダメになりますね。ペロブスカイト太陽電池もそれほど持たないのではないでしょうか。

ただ、太陽電池分野は今あまり新しいネタが無いので、取りあえず話題のペロブスカイトで研究を繫いでおいて、次の新しいネタを探すという手はあるでしょう。研究を絶やすと新しい芽が出てこなくなりますから。「塗るだけで作れて、軽くて曲げられる太陽電池」というのは聞こえが良くて、研究ネタに使いやすいですからね。そういう意味では研究を続けることに賛成です。

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記事には効率など具体的なことは全く書いていないので、今のところはとても評価できるほどの特性ではないのでしょう。今はまだ原理確認の段階と考えた方が良いでしょう。

記事を読んでも難解です。実は本当に光学異性体のことかどうか確信が持てないのですが（笑）、pn接合の代わりに分子の反転対称性の破れを利用しているということで、これまでの太陽電池とは全く発電原理が異なります。もともとペロブスカイト自体が太陽電池としては新しい材料である上に、発電原理まで新しくなったわけです。しかもこの場合、どちらも日本人の発見という点が面白いです。

旧来のペロブスカイト太陽電池でもまだ安定性に問題があり実用化のめどはたっていませんから、この太陽電池も期待できるものかどうかは不明です。ただ、学究的にはとても面白い成果だと思いますね。引き続いて研究を重ねて欲しいです。

こういうことの積み重ねで科学は進歩していくと思っています。

ｒｙｒｙ牡牛ドット

量子ドットなんてカッコいいですが、難しくてどんな太陽電池か良く判りませんね。まぁ単純に言うと、材料を混ぜて新しい半導体を作っているわけで、その混ぜ方が量子ドットと言われる特殊な方法なのです。半導体を作るには、分子オーダーでうまく揃えながら混ぜる必要があり、量子ドットの場合は下図のように分子オーダーの粒状にして並べながら混ぜています。

このようにすると従来には無い特性を持った半導体を作ることも可能になるわけですが、とにかく分子オーダーの粒をうまく揃えながら混ぜるというのはとても手間がかかり、高くつきます。そこを安く作ることに成功したわけですね。

太陽電池の構造などは従来の方法でも良いわけで、このグループはとりあえずこの製法のペロブスカイト半導体を用いた太陽電池を作り、発電できることを確認しました。まだ高変換効率を達成したわけではありません。タイトルのようにシリコンを上回る変換効率が出るかどうかはまだ分かりません。シリコンを上回る可能性があるというだけです。

しかし、シリコンを上回る可能性はありますね。ただ、ペロブスカイトの場合は安定性が悪いという問題もあります。この製法の場合に安定性の問題も解決されたら良いのですが、そこは未確認。とにかく、可能性のある技術が一つ増えたと思って見守っていけば良いと思います。

22.4%というと、今のシリコン太陽電池の研究レベルで出されている変換効率よりも低いと思います。それでもこのニュースに意味があるとすると、低コストで製造できるとか、もっと高い変換効率を達成できるなどの可能性があるということかなと思います。記事を見ると、コストについては何も書かれていませんが、効率については改善される可能性が書かれています。しかし単なる可能性として指摘されているだけで、あまり説得力がありませんでした。まぁ、これはいろいろある技術の一つという程度のものですかね。別に否定するわけではありませんが、今一つ価値がわかりません。

この手の記事を書く記者はその分野の専門家でないことが多いので、記事を読む方は慎重になる必要があります。記事にある事実関係は大体信じてよいのですが、内容の価値のような面は客観的に見た方が良いでしょうね。私はそういうことを意識して、こういう科学記事を読むようにしています。

ペロブスカイト太陽電池というのは日本の科学者が発見した太陽電池で、低コストで製造可能であり、発見以来急激に変換効率が向上しているので世界の注目を浴びています。今年はノーベル賞の候補にもあがりました。ただ、まだ太陽電池としての安定性が悪く、実用化のためには改善が必要です。

一方、ペロブスカイトというのはＡＢＣ_３という組成で特殊な結晶構造をもった材料のことですが、元素の組み合わせが膨大にあり、太陽電池として適性のある組み合わせを探すのは簡単ではないだろうということは容易に想像がつきます。このためにスパコン「京」を利用していろいろな組み合わせについて複雑な化学計算を行い、有望な材料を探したわけですね。何でも11,025種の組み合わせについて複雑な計算を行って、51個の有望な組み合わせを見つけたとか。

コンピュータでシミュレーションし新物質を予測する方法は昔から行われていますが、深遠なる化学の世界を完全にシミュレーションすることはスパコンと言えども難しく、まだ使い道は限られているのではないかと思います。ここで発見された51種類が本当に太陽電池として有望かどうかは、実際に太陽電池を作ってみないと判らないでしょう。1種類について太陽電池として有望かどうかを調べるだけでも、かなりの手間を必要とするでしょうから、51種類を全て調べるという訳にはいかないでしょう。また、それ以外の組み合わせも決して否定できません。どう攻めるかの戦略が必要ですが、研究の方向性の一つは得られた訳ですね。

ペロブスカイト太陽電池は日本人が発見しただけに、これが実用化されると再び日本が太陽電池で世界をリードできるのではないかと期待しています。「京」も日本の技術を結集していますので、それを使って太陽電池が世界一になれたら、技術の日本と言う感じでとても期待しているのですが・・・。

今回の報告で私が最も参考になったのは、各種モジュールの経年劣化。これには筑波産総研と九州産総研から報告がありました。まず、筑波の報告は下の図。

10年で5%ぐらいの劣化と想定された結果が出ていますが、さすがにアモルファスSiは10%ほど劣化していますね。CIGSは劣化が3%のものと8%のものに分かれています（サンプルは2モジュール）。これにより劣化がSiより多いと見るか、少ないと見るか難しいところですね。

一方の九州産総研は下図の結果です。

CIGSはいきなり光照射効果で10%ほど効率が上がり、その後2年間はほとんど劣化していません。試験期間が短いせいか、他のSiモジュールもほとんど劣化は見られません。筑波の試験では光照射効果が見られませんが、これは筑波の試験の値は一年間の平均を採っているからだと思います。CIGSは光照射効果を持つけれど、劣化が少ないかどうかはまだ良く判りませんね。

他にはそれほど興味を持ったものはありませんでしたが、参考になったものは・・・、

ペロブスカイトは最近急激に効率が向上して注目を浴びていますが、報告の中に「500時間で劣化が5%程度で安定」というものがありました。500時間というと半年にもならないので、この程度の安定度だとペロブスカイトはまだまだ使い物にならないなという印象を受けました。

PIDについてはNaと電圧の影響と言われていますが、詳細の劣化機構については良く判っていないようですね。いろいろな研究報告がありました。結局、EVAを使っている限りNaの移動を止められないのですかね。シリコーンを使ってPIDを防ぐという報告もありました。シリコーンだとNaは移動しないのかな？　しかし高そう。

少し変わったものに、インターコネクタの接続用にハンダを使わずエポキシに金属粉末を混ぜた導電フィルムを開発したというものがありました。ハンダよりも柔らかいので、ストレスを吸収し接続はずれなどが起きにくくするのが狙いのようです。この手のトラブルが時々ありますからね。フィルムなので長期信頼性が心配ですが、面白い試みだとは思います。

今回はこんなところかなぁ。今回はポスターが97件とやたら多かったので、駆け足で見て回りました。見落としもあるかと思いますが、ヒマな時にでも配布資料を復習して、気がついたことがあればまたブログにアップしようと思います。

またまた凄い変換効率が報告されています（ペロブスカイト薄膜太陽電池で変換効率60%超の可能性）。ペロブスカイトと言うのはある結晶構造をもつ材料を言うのですが、近年、ペロブスカイト系材料で太陽電池が作れることが発見され、低コストで作れそうなこと、短期間のうちにかなり高い変換効率（確か10数％）に達したことから注目を浴びています。ただまだ安定性が良くないなどの理由で実用化はされていません。

そのペロブスカイト系太陽電池で変換効率60%が可能なのだそうです。まぁ、タイトルも記事も「可能」と書いてあるだけで、実現したとは書いていません。これで60%の太陽電池ができたと早合点した人がいたとしたら、その人の方が良くないですね（笑）。

で、一体どんな新技術が開発されたのかと思って読んでみましたが、特にそれらしきものはありませんでした。この報告は、「ペロブスカイト材料ではホットキャリアの寿命が長いので、変換効率が大幅に上がる可能性がある」というような内容です。つまり、ペロブスカイトには変換効率を大幅に上げる可能性のある性質があることを発見したという報告です。

ホットキャリアと言うのは、普通のキャリア（電子やホール）以上の「ホット」なエネルギーを持ったキャリアのことです。ただ「ホット」の状態からすぐに普通の状態になってしまうので、「ホット」のエネルギーを外に取り出すことはできませんでした。ペロブスカイトでは「ホット」である時間が十分に長いので、外に取り出せる可能性があるということです。

それはそうかもしれませんが・・・、「ホット」のエネルギーを外に取り出すというのは時間があっても簡単ではありません。そういう新技術が開発されたらペロブスカイト太陽電池の変換効率は大幅に上がるというだけなので、要するにまだ大きな「たられば」が残っている訳ですね。

とは言え、科学技術の発展はこういう細かい技術の進歩に支えられている訳ですから、疎かにはできません。先日の神戸大学の50%以上の可能性（変換効率50％を超える太陽電池ができると言っても）と言うのも同様ですね。こういうものを大事に積み重ねていって、太陽電池の効率が上がっていって欲しいと思います。 できれば日本から・・・。

「MIT、太陽電池を強力な光で修復する技術を発見」という記事がありました。そんなことができるのかと思い記事を読むと、これはまだ実用化されていないペロブスカイト太陽電池についての話でした。

ペロブスカイト太陽電池については昨日のブログでも紹介しましたが、最近注目を浴びています。しかし、実用化もされていないものの修復技術を発見と言われても・・・。これはMITが悪いのではなく、記事を書いた記者のセンスの問題なのでしょう。

ペロブスカイトと言うのはある種の結晶構造を持つ材料の総称で、この材料の中には超電導性質や半導体性質、圧電現象などいろいろおもしろい性質をもつものが多くあります。その中で半導体性質を利用して太陽電池もできたのでしょうが、更に強力な光を当てると内部の電子的欠陥が消えるという性質もあったようです。

太陽電池の中にはCISのように光を当てると効率が良くなるという優れものもあります。ただし、これは通説で学術的な報告ではないため、本当かどうかわかりません。またアモルファスシリコン太陽電池は光を当てると劣化するという情けない性質を持っています。とにかく、光というのは意外に強力でいろいろな効果を持つようで、これにより欠陥が修復されるということもあるかもしれません。

昨日、ブログでペロブスカイト太陽電池は信頼性がまだ良く判らないと指摘しました。そこに「光を当てて欠陥が修復される」ことが発見されたのは良い話のように聞こえますが、逆にこのように変化する性質を持つというのは、材料が安定でないのではないかという不安も持たせます。

判りにくいですねぇ。

やはり、シリコン太陽電池が一番信頼がおけるのでしょうか。

題記のような記事が先月の終わり頃にありました（原子とロールで作る「ペロブスカイト太陽電池」）。「ペロブスカイト太陽電池」というのはまだ研究中のものではありますが、短期間で急に変換効率を伸ばしていることと、低コストで製造できそうという期待から最近注目を浴びています。以前にもこのようなことをブログに書きましたところ、「ペロブスカイト太陽電池」は信頼性が全く期待できないという指摘を読者の方から頂きました。従って、今回は少し注意して（笑）記事を読みました。

まず今回の記事のポイントは実用サイズ（大体13cm角ぐらい）で10%ほどの効率を得た事でしょう。小面積（3mm角ぐらい）では既に22%強の効率を達成し、4cm角ぐらいなら2年前に10%ほどを達成していたようです。大面積と小面積ではまだまだ効率にギャップがあるようですが、取りあえず、かなり実用に近いサイズでそこそこの効率を達成したと言えるのでしょう。

で、信頼性がらみで気になる点は、

まず、この太陽電池は一部に有機材料を含んでいる点です。有機材料なら全てという訳ではないでしょうが、一般的に有機材料はあまり耐久性が良くありません。また、120℃いかという低温で製造されている点も気になります。低温なので製造コストを下げることが可能なのでしょうが、低温で作られたものの耐久性はどうなのかという心配もあります。シリコンのように1000℃を超えるような温度で作られた材料は、自然環境ぐらいで簡単には劣化しません。

確かに信頼性はどうなのかと言う点は、まだはっきりしていないような気がします。

「ペロブスカイト太陽電池」とともに注目を浴びている有機太陽電池についても、同じような意味で信頼性はどうなのか良く判りません。

やはりシリコン太陽電池が強いのですかね。まぁ、CISはシリコンに十分対抗しているようですが・・・。

少なくともペロブスカイトや有機の太陽電池が出てくるのは10年以上先の話だと思います。

先月になりますがペロブスカイト系太陽電池で変換効率更新のニュースがあり（太陽電池の新顔「ペロブスカイト」、18.2%の記録が意味するもの）、結構話題になっていました。

ペロブスカイトと言っても馴染みのない方も多いと思います。これは結晶構造の1つの形の名称で、3種類の元素からなり、それらをA、B、CとするとABC₃という形で表され、チタン酸バリウムなどいろいろなものがあります。ペロブスカイト系の材料には面白い性質をもつものが多くあり、液体窒素温度で超電導を示す材料など有名です。

中には半導体性質を示すものもあり、それを利用してペロブスカイト系の太陽電池が考えられました。太陽電池の詳しいことは上記の記事に譲りますが（そんなに詳しく知る必要もないと思いますが）、ペロブスカイト系太陽電池の価値は次の2点にあると思います。

• 極めて短期間に18.2%という高率に達した
• 印刷プロセスを使い低コスト化できる可能性がある

いつ頃ペロブスカイト系太陽電池が出て来たかよく覚えていませんが、よく聞くようになったのはここ数年だと思います。「新しいもので使い物になるかどうか良く判らないな」と思っているうちに、急に効率が上がってきました。今回発表された18.2%なんていう値は、一昔前のシリコン太陽電池の効率に相当します。もっとも、今回のペロブスカイトの太陽電池は1cm²という小面積の値と言う点で差し引いて考えなければなりませんが。

もう一つの低コスト化については、低温の常圧で作成できることから期待されているようです。昔、アモルファス太陽電池が低温・薄膜化でコストを大幅に低下できるという期待を持たせて裏切られてしまった経験があるため、現時点でまだあまり期待をしたくはありませんが、可能性があることは確かでしょう。

一方で結晶シリコンの太陽電池の低コスト化も進んでいます。最近はコスト低下が鈍くなっているようですが、それでもモジュールで50-60円/Wになっているようなので、ペロブスカイト系太陽電池はかなり頑張らないといけません。

いずれにせよ、技術開発の分野からまだまだコストダウンの可能性があることは頼もしい限りです。