ペロブスカイト太陽電池　ファイバー電池　充電不要のEV自動車開発

ペロブスカイト太陽電池は、近年注目を集めている次世代太陽電池です。従来のシリコン系太陽電池に比べて、低コスト化、高効率化、軽量化、柔軟性などの多くの利点を持つ有望な技術として期待されています。

トヨタは「トヨタ環境チャレンジ２０５０」というプロジェクトを推進していて、豊田中央研究所が開発をした現状の太陽光充電における最新テクノロジー「ファイバー電池」よりさらに充電効率を高める技術革新を進めている

原材料である「ヨウ素」の生産量として日本は世界２位の生産量を誇っています。自動車産業に於いても世界に先駆けての開発が期待されている国を挙げての大きなプロジェクトとなりつつあります。

さらに全個体燃料が開発されれば日本は正に充電の要らないEV自動車生産国として世界のイニシアティブをとれる瀬戸際に立たされているともいえます。

ペロブスカイト太陽電池とは
現在利用可能なファイバー電池について

ペロブスカイト太陽電池とは

ペロブスカイト太陽電池は、ペロブスカイト構造と呼ばれる結晶構造を持つ材料を光発電層に用いた太陽電池です。ペロブスカイト構造は、ABX3という化学式で表される化合物で、Aサイトには陽イオン、Bサイトには陽イオン、Xサイトには陰イオンが入ります。この構造は、光吸収性、電荷伝導性、薄膜形成性などに優れた特性を持つことが知られています。

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、以下の3つの層で構成されています。

光吸収層: ペロブスカイト材料で作られた層です。太陽光を吸収し、電荷を発生させます。
電荷輸送層: 光吸収層で発生した電荷を効率的に電極へ輸送する層です。
電極: 電荷を外部回路へ導き出すための層です。

太陽光がペロブスカイト材料に当たると、光エネルギーによって電子と正孔が生成されます。これらの電荷は、電荷輸送層によって効率的に電極へ輸送され、電力として取り出されます。

ペロブスカイト太陽電池の利点

ペロブスカイト太陽電池には、以下の利点があります。

低コスト化: ペロブスカイト材料は、安価な材料で作ることができ、製造コストを低減できます。
高効率化: ペロブスカイト材料は、光吸収性と電荷伝導性に優れた特性を持ち、理論上はシリコン系太陽電池を超える変換効率が期待できます。
軽量化: ペロブスカイト材料は、軽量な材料であるため、従来の太陽電池よりも軽量な太陽電池を作ることができます。
柔軟性: ペロブスカイト材料は、柔軟な薄膜を形成することができ、曲げられる太陽電池や、ロールツーロール製法による大量生産が可能になります。
透明性: ペロブスカイト材料は、透明な材料であるため、窓ガラスなどに組み込むことができます。

ペロブスカイト太陽電池の課題

ペロブスカイト太陽電池には、以下の課題があります。

安定性: ペロブスカイト材料は、湿度や熱に弱く、長期的な安定性に課題があります。
毒性: 一部のペロブスカイト材料は、鉛などの有害な物質を含んでおり、環境への影響や人体への影響が懸念されています。
大規模生産: ペロブスカイト太陽電池の大量生産技術はまだ確立されていません。

ペロブスカイト太陽電池の現状

ペロブスカイト太陽電池は、まだ研究開発段階の技術ですが、世界中の研究機関や企業で活発に研究開発が進められています。近年では、変換効率が20％を超えるペロブスカイト太陽電池も開発されており、実用化に向けた動きが加速しています。

ペロブスカイト太陽電池の将来展望

ペロブスカイト太陽電池は、その優れた特性から、次世代太陽電池として大きな可能性を秘めています。課題を克服し、実用化に向けた技術開発が進めば、太陽光発電のコスト低減や、新たな太陽電池応用例の創出に大きく貢献することが期待できます。

参考情報

資源エネルギー庁: https://www.enecho.meti.go.jp/about/pamphlet/energy2023/06.html
一般社団法人次世代太陽電池研究開発機構: https://www.j-pvs.jp/content/files/enewsletter/J-PVS_e-NewsLetter_02-01.pdf
国際エネルギー機関: https://www.iea.org/energy-system/renewables/solar-pv

現在利用可能なファイバー電池について

ファイバー電池は、エネルギー貯蔵技術の新しい形態で、柔軟性や軽量性を持ちながら高い性能を発揮することができます。この技術は、従来のバッテリーとは異なり、繊維状の構造を持ち、エネルギー貯蔵材料を繊維内部に埋め込むことで耐久性と防水性を実現しています (SciTechDaily) (MIT News)。

主な特長として、次の点が挙げられます：

高い柔軟性と耐久性：ファイバー電池は非常に薄く、従来のバッテリーに比べてはるかに柔軟です。このため、ウェアラブルデバイスやスマートテキスタイルに適しています (Nature)。
多機能統合：繊維状のバッテリーは、LEDや通信デバイスなどの他の電子部品と一体化させることができ、繊維自体が複数の機能を持つように設計することが可能です (MIT News)。
構造とエネルギーの統合：ファイバー電池は、構造材としても機能するため、車両や航空機などの重量を大幅に削減する潜在能力があります。これにより、より効率的なデザインとエネルギー消費の低減が可能です (The Tech Tribune)。
実用的な長さと性能：現在の技術では、ファイバー電池は数百メートルの長さまで製造可能で、スマートウォッチやスマートフォンの充電に十分なエネルギー容量を持っています (MIT News)。

この技術は、今後さらに改良が進み、商業製品に組み込まれる可能性があります。特に、ウェアラブルデバイスやスマートテキスタイル、自動車や航空機の軽量化など、多岐にわたる応用が期待されています。