ペロブスカイト太陽電池とは？仕組み・メリット・課題・実用化の動向を解説

次世代の太陽電池として注目されている「ペロブスカイト太陽電池」。

従来のシリコン型太陽電池と比べて軽くて柔軟性があり、建物の壁や窓などにも設置できる可能性があることから、世界中で研究開発が進められています。

本記事では、ペロブスカイト太陽電池の仕組みや特徴、従来の太陽光パネルとの違い、メリット・課題、実用化の動向まで詳しく解説します。

ペロブスカイト太陽電池とは

ペロブスカイト太陽電池とは、「ペロブスカイト構造」と呼ばれる結晶構造を持つ材料を利用した太陽電池です。

ペロブスカイトは、灰チタン石という鉱物と同じ結晶構造を持つ材料の総称で、光を吸収しやすく電気を効率よく生み出す性質があります。

従来の太陽光発電ではシリコン半導体を使った太陽電池が主流ですが、ペロブスカイト太陽電池は薄い膜状の材料を重ねて作ることができるため、軽量で柔軟性のある構造を実現できる点が大きな特徴です。

これまで設置が難しかった場所でも太陽光発電を利用できる可能性があり、次世代の発電技術として注目されています。

ペロブスカイト太陽電池の仕組み

ペロブスカイト太陽電池は、太陽光のエネルギーを利用して電気を生み出す仕組みを持っています。

基本的な発電原理は従来の太陽電池と同じですが、使用する材料や構造が大きく異なります。

発電の仕組み

ペロブスカイト太陽電池は、ペロブスカイト材料が太陽光を吸収することで電子が動き、電気が発生する仕組みです。

太陽光がペロブスカイト層に当たると電子と正孔が発生し、それぞれが電極へ移動することで電流が流れます。この電流を取り出すことで、発電が行われます。

シリコン太陽電池との構造の違い

シリコン太陽電池は厚みのある半導体シリコンを使用している一方で、ペロブスカイト太陽電池は非常に薄い層を重ねて作られる構造です。

そのため、軽量化や柔軟性の高い太陽電池を作ることが可能になります。

また、材料を塗布する方法で製造できるため、製造工程の簡略化にもつながると期待されています。

従来の太陽光パネルとの違い

現在普及している太陽光発電の多くは、シリコンを使った太陽電池です。

ペロブスカイト太陽電池は、このシリコン型とは構造や製造方法などが大きく異なります。

項目	シリコン太陽電池	ペロブスカイト太陽電池
主な材料	シリコン	ペロブスカイト材料
重さ	比較的重い	非常に軽い
柔軟性	曲げられない	曲げることができる
製造方法	高温加工	印刷・塗布
設置場所	屋根・地面	壁・窓など

シリコン太陽電池は、ガラスと金属フレームで構成されているため、重量があり設置場所が屋根や地面に限られることが多い設備です。

一方でペロブスカイト太陽電池は、フィルム状に加工できるため、建物の壁面や窓などこれまで発電設備として利用できなかった場所にも設置できる可能性があります。

ペロブスカイト太陽電池の発電効率

太陽電池の性能を示す重要な指標の1つが「発電効率」です。

発電効率とは、太陽光エネルギーのうちどれだけを電力に変換できるかを示す割合を指します。

現在の研究では、ペロブスカイト太陽電池の発電効率は20〜25％程度まで向上しており、従来のシリコン太陽電池と同等のレベルに近づいています。

ペロブスカイト太陽電池のメリット

ペロブスカイト太陽電池が注目される理由は、従来の太陽電池にはない特徴を持っているためです。

ここからは、ペロブスカイト太陽電池のメリットを解説します。

軽くて柔軟性がある

ペロブスカイト太陽電池は非常に薄いフィルム状で作ることができるため、軽量で曲げることができます。

シリコン太陽電池はガラスを使用しているため重量がありますが、ペロブスカイト太陽電池はその約10分の1程度の重さになるともいわれています。

このため、建物の壁や曲面など、これまで設置が難しかった場所でも利用できる可能性があります。

製造コストを抑えられる

シリコン太陽電池は高温で材料を加工する必要があるため、製造工程に多くのエネルギーとコストがかかります。

一方、ペロブスカイト太陽電池は印刷や塗布によって製造できる可能性があり、大量生産が実現すれば製造コストの大幅な削減が期待されています。

設置できる場所が広がる

ペロブスカイト太陽電池は軽量で柔軟なため、設置場所の自由度が高い点も大きなメリットです。

例えば次のような場所での活用ができます。

・建物の外壁

・窓ガラス

・自動車

・モバイル機器

・公共インフラ

ペロブスカイト太陽電池の課題・デメリット

多くのメリットがある一方で、実用化に向けて解決すべき課題もあります。

耐久性と寿命

実は、ペロブスカイト材料は水分や酸素の影響を受けやすく、長期間の安定性が課題とされています。

屋外で長く使用するためには、湿気や紫外線から材料を守る技術の開発が必要です。

現在は保護膜や封止技術の研究が進められており、耐久性の向上が期待されています。

材料に鉛が含まれる

多くのペロブスカイト太陽電池には少量の鉛が含まれています。そのため、破損した場合の環境への影響が課題とされています。

この問題を解決するために、鉛を使用しない材料の研究も進められています。

量産技術の確立

研究レベルでは高い発電効率が確認されていますが、大量生産した場合でも同じ性能を安定して実現できるかが重要な課題です。

量産体制の確立と品質の安定化が、今後の普及に向けた大きなポイントになります。

ペロブスカイト太陽電池で日本が注目される理由

ペロブスカイト太陽電池の分野では、日本が有利な立場にあるといわれています。

その理由の1つが「ヨウ素」です。

ペロブスカイト太陽電池の主要材料にはヨウ素が使われることが多く、日本はそのヨウ素の主要生産国です。

経済産業省の資料でも、日本は世界第2位のヨウ素産出国で、シェアは約30％とされています。そのため、原材料の安定調達という面で、日本はペロブスカイト太陽電池の産業化において有利な立場にあると期待されています。

ペロブスカイト太陽電池の実用化はいつ？

現在、世界中の企業や研究機関がペロブスカイト太陽電池の実用化に向けた研究を進めています。

日本企業の開発

日本では多くの企業がペロブスカイト太陽電池の開発を進めています。

企業	取り組み
積水化学	フィルム型太陽電池の開発
パナソニック	高効率セルの研究
東芝	新材料の研究

世界の研究

ペロブスカイト太陽電池の研究は、日本だけでなく世界各国でも進められています。

欧州やアメリカ、中国などでも研究開発が進んでおり、大学や研究機関が発電効率の向上や耐久性の改善に取り組んでいます。

商用化の見通し

現在は実証実験や量産技術の確立が進められている段階で、2020年代後半から2030年頃にかけて、段階的な社会実装が進むと期待されています。

建物の壁面や窓ガラスなどに設置できる新しいタイプの太陽電池として、今後の再生可能エネルギーの普及に大きく貢献する可能性があります。