2014-01-27

低コスト太陽電池の実現に向けて一歩前進

 従来のエネルギー源として利用されている資源の減少により、再生可能なエネルギーが研究対象として注目され、ますます重要なものになってきました。しかし、新しくてクリーンなエネルギー産生形態と考えられているシリコンベースの太陽電池なども、生産コストがかかります。ヤビン・チー准教授率いるエネルギー材料と表面科学ユニットでは、しなやかで透明な電極を持つ有機材料を使った太陽電池、つまり、低コストでの製造が可能な太陽電池に関する研究を行っています。同ユニットは、オーガニック・エレクトロニクス(Organic Electronics )誌に発表した最近の論文の中で、プラスチック、導電材料、酸化亜鉛を含む、新しい材料で構成された電極の特性を明らかにしました。また、研究者たちは、長期間保管された電極を洗浄し、電極の伝導性と仕事関数を回復する方法を明らかにしました。これにより、新しい太陽電池の製造の最適化が図られます。

 従来のシリコンベースの太陽電池は、原料コストが高く、製造要件が厳しいため、高い生産コストがかかります。また、シリコンベースの太陽電池は硬質で不透明のため、用途と設置場所が制限されます。このことからチー准教授らは、しなやかで透明な材料を扱った研究に取り組みました。「Flextrode」と名付けられたこの新たな電極は、しなやかであるために、ロール・ツー・ロール・コーティングと呼ばれる方法で容易に、コストパフォーマンスよく製造できます。たとえば、Flextrode の主な構成材料はPETです。これは、使い捨ての飲料用ボトルを構成する、安価で容易に入手できるプラスチックと同じです。また、Flextrode はシリコン電池に比べより多様な用途や設置を可能にする太陽電池として期待されています。例えば、有機太陽電池を部分的に透明にできるため、Flextrode を窓に張り付けて利用することもできます。

 この Flextrode は比較的新しい技術のため、これまで表面科学の基礎研究が行われていませんでした。チー准教授らは、同論文の中で、Flextrode の仕事関数、表面伝導性、および化学的状態に着目しました。また、彼らは、Flextrodeを長期間保管した後、Flextrode の表面に汚染物質の絶縁層ができることを観察し、これがFlextrodeの能力と機能を大幅に低下させることを確認しました。彼らは、汚染物質を除去し、Flextrode の機能を回復させるためのタイムリーで費用効果の高い方法として、2つの一般的な洗浄方法が効果的であることを示しました。1つは、UVオゾンによる処理法、もう1つは、酸素プラズマによる処理法です。研究では、これらの方法を太陽電池製造プロセスに統合し、Flextrodeをすぐに使える状態へと容易に戻すことが可能であると実証されました。

 チー准教授はこの低コスト有機太陽電池の未来に心を躍らせています。従来のシリコンベースの太陽電池とは異なり、「電池の製造に利用できる有機材料は実質的に無限にある」と、同准教授は説明します。研究室は、この新しい太陽電池の設計と最適化に取り組んでいます。この技術が幅広く一般に使用される可能性はすぐそこまで来ていると思われます。おそらく、将来の窓飾りは、美的に優れているだけでなく、クリーンなエネルギーも提供する、有機太陽電池でできているものになるでしょう。

 この研究は、Plasticphotovoltaics.org、Frederik C. Krebs教授、およびデンマーク工科大学の同教授の研究室と共同で行われました。この研究のために Flextrode を快く提供していただいたFrederik C. Krebs教授に感謝いたします。

Organic Electronics 誌に掲載された論文については下記をご覧ください。
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1566119914000044

(エステス キャスリーン)

(エステス・キャスリーン)

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