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新しい太陽電池の設計が、その能力の「限界」を超えていく

1/23(木) 8:11配信

WIRED.jp

太陽の光は地球全体を覆っていて、1時間あたりの光子(光線中に含まれるエネルギーと運動量を運ぶ粒子)の量は全世界の年間エネルギー需要をまかなえるほどある。問題は、いかに効率的に光子を電気に変換できるかだ。

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小規模な実験室における条件でさえ、世界最高の単一接合タイプ(現時点の大半のソーラーパネルに使用されている方式)の太陽電池が活用する太陽エネルギーは最大で29パーセント。この数値は、半世紀前に太陽電池の研究者が計算した「約3分の1」という変換効率の限界に、わずかに手が届かない数値である。

しかし、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換するプロセス、つまり光起電力の研究者たちは、長いあいだこの限界がかつて想定されていたほど厳しいものではないと考えていたのである。

太陽電池の変換効率の限界は「ショックレー・クワイサー限界」[編註:1961年にショックレーとクワイサーが提唱した限界。どのような半導体を用いても太陽電池の効率は32.7パーセントを超えないされる]と呼ばれ、測定方法によって29~33パーセントになる。これは単一接合の太陽電池、つまり1種類の半導体のみの太陽電池で、直接の太陽光によって光起電力に変換されるセルを想定している。

限界を超えた新しい設計

この限界を超えるために研究者らは、複数種の半導体を重ね合わせたり、レンズで集光して自然の太陽光の何百倍もの強力な光線を太陽電池に照射したりした。2019年はじめ、米国の国立再生可能エネルギー研究所(NREL)は、6接合の太陽電池と143倍に集光した太陽光を使って、何とエネルギー変換効率47.1パーセントを達成して世界記録を打ち立てた。

ところが、この技術は大量生産ができない。マサチューセッツ工科大学(MIT)で電子工学およびコンピューターサイエンスの教授を務めるマーク・バルドーによると、理由は超高効率の多層構造の太陽電池は、ソーラーパネルとして生産するにはあまりに複雑すぎて、高価すぎるのだという。

より多くの太陽エネルギーを送電網に送ることができる実現可能な方法は、生産が比較的容易でコストも抑えられる単一接合のシリコン系太陽電池によって、でショックレー・クワイサーの限界を打ち破る方法を見つけることである。もっといいのは、この限界を超えてより大きな変換効率を達成できることだろう。

かくして10年にわたる研究の結果、バルドーと同僚たちは、ついにこの方法を発見できたようだ。

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最終更新:1/23(木) 8:11
WIRED.jp

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