安価な太陽光発電の必要性
過去１０年間、人々はエネルギーをどのように使っていくかという意識を持ちつつあり、目新しいものや防犯装置に使う場合の傾向はより効率的になっており、さらに効率的で持続可能であることが求められている。しかし科学者や研究者は、できる限り環境に優しい太陽電池の製造方法を探しており、広く使用されている従来のシリコンソーラーパネルは高価な材料が必要であり、製造するためのエネルギーも要します。開発者は、シリコン系太陽電池の代替品をつくっており、これらの有機太陽電池パネルは、太陽電池のパネル自体の製造プロセスに革命を見出すものです。
手頃な価格の要求に応える有機太陽電池
一般的にプラスチックとして知られる炭素化合物は有機太陽電池に使用されており、より柔軟性があり軽量化されています。これらの有機太陽電池は、シリコン太陽電池よりも実際環境に優しいです。この技術のもう一つの利点は、太陽光を効率的に吸収する分子を選択できる有機太陽電池であるということです。これにより有機太陽電池はシリコン太陽電池の１０００倍薄くすることが実際に可能であり、こうして製造するための材料の量を減らすことができます。この薄い太陽電池を可能にする製造は太陽電池を‘印刷’する技術であり、こうして簡単に輸送できると共に購入者の屋根に簡単に広げることができます。これは有機太陽電池が衣服やテントへも使用可能であることを意味しており、Konarkaという会社はすでにこのような有機太陽電池を使用して試験を行っています。
重要な進展
1. 有機太陽電池の効率を向上させる金のナノドット層
開発者: フランスとデンマークの研究者よる国際的なチーム
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ジャーナル誌Gold Bulletinで発表された新しい研究によると有機太陽電池の効率は、ガラスコーティングしてその表面に金のナノドット層を有する酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を使用することにより改善することができる。デンマークとフランスの国際的なチームにより書かれたこの論文では、ちょうど０．５ミリ厚の金のナノドット不連続膜が大幅に太陽電池の性能を向上させたと論じています。現在有機太陽電池パネルは、科学の重要な関心事項の焦点になっており、太陽光を低コストで発電する大きな可能性を秘めています。金は太陽光発電の導電層のための理想的な組み合わせであり、他の要素との化学的安定性、高導電性、互換性と融和する稀な組み合わせなのでエレクトロニクス産業で使用が推奨されています。しかし有機半導体間の不均等なエネルギーアライメントは光伝導性電荷に関与するものであり、電極は運ばれて照明を灯し、さらに現時点で電池の効率を制限してしまっているＩＴＯ透明電極に運ばれます。しかし現在, 光生成した電荷を電極と集光性のＩＴＯ透明電極に伝導するための有機半導体の間の不均等なエネルギーアライメントはその効率が制限されています。
2. Heliatek社は９．８％という太陽電池効率を達成
開発社: Heliatek
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Heliatek GmbH社は低分子材料を用いた低温蒸着プロセスに注力してきました。同社が開発した有機太陽電池パネルは従来のアモルファスシリコン太陽電池の効率に達しています。Heliatek社により開発され、低温蒸着法でつくられた1.1cm²のタンデム構造セルは、記録的な数字である９．８％の効率を有する有機太陽電池です。Heliatek社は２０１２年の後半にむけてその新しいセル構造に製造工程を統合していく予定です。
3. 有機薄膜太陽電池向けに開発された高分子材料
開発者: シンガポール科学技術研究庁の材料研究・工学研究所の研究者
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シンガポール科学技術研究庁の材料研究・工学研究所の研究者は、 従来型と同程度の電荷移動度を有し、効率的に電力を変換するポリマーを作成しました。太陽光を電力に変換する効率が６．３％であるこのポリマーは、高い電荷移動度を実現しており、市販の半導体材料に匹敵するものである。
どこに改善が必要なのでしょうか？
有機太陽パネルはシリコンベースのセルと同程度の電気をつくることができませんが、明らかに地球には優しいものです。現在有機ＰＶは、シリコンベースのＰＶの約エネルギーの５分の１ほどしか作れません。低効率であり電荷を作って取り出すことが充分でないので、シリコン太陽電池の有力な代替品として有機ＰＶを開発することが敬遠されています。有機ＰＶの製造を模索するメーカーにとってもう一つの抑止力になっているのは、従来のシリコンＰＶと比べて寿命が短いということです。
将来はどうなる？
1. 研究者は“ソーラーペイント”を安価・簡単に大量生産する開発をしています。
ノートルダム大学のナノ科学技術センター（NDnano）はの研究チームによって開発された‘ソーラーペイント’は二酸化チタン(TiO2)のナノ粒子でできており、セレン化カドミウムやカドミウムのような光子を吸収する化合物でコーティングされています。材料を水とアルコールの混合液中に混濁させてペースト状にし、透明導電性材料に塗布して得られるものです。この塗料は光にさらされると、電気をつくります。このソーラーペイントは商業用の太陽光セルの変換効率にはまだ達していませんが、太陽光発電に革命を起こす可能性を秘めています。
2. 印刷可能な太陽光セル
新たにEni-MITを立ち上げた技術の名門であるマサチューセッツ工科大学(MIT)の研究者は、インクジェットプリンターの技術を使って紙の上に太陽光セルを印刷できるナノスケールの有機半導体材料を開発しています。研究者らは、セルの多層を介して異なる波長の入射太陽光を吸収できる炭素ベースの染料を使った１．５～２％の効率のセルを開発することに成功しました。この薄膜太陽電池はその効率を高めることができれば金属、紙、プラスチックの上に印刷可能であり、潜在的に紙のように薄い有機ディスプレイの画面やモニターを実装する際に有用だと研究者は述べています。
