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特定の結晶構造を持つ化合物を発電層に用いた、次世代型の太陽電池です。
従来のシリコン系太陽電池と比較して、軽量・柔軟・低コストでの製造が可能であり、その高い将来性から世界中で活発に研究開発が進められています。この技術は、2009年に日本の宮坂力教授のグループによって発明され、注目を集めました。
💡 特徴とメリット
ペロブスカイト太陽電池は、従来の太陽電池では困難だった場所や用途への展開が期待される、独自の強みを持っています。
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① 軽量かつ柔軟性（フレキシブル）
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ガラスやフィルムなどの基板上にインクのように塗布・印刷して作製できるため、従来のシリコンパネル（約15kg/m²）と比べて極めて軽量（約1kg/m²）に作れます。
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これにより、建物の壁面や耐荷重の低い屋根、曲面など、これまで設置が難しかった場所への導入が可能になります。
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② 製造コストの低減
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材料を塗布・印刷するプロセス（塗布法）は、高温や真空を必要とするシリコン半導体の製造プロセスよりも工程が少なく、製造エネルギーも少ないため、大幅な低コスト化と大量生産が見込まれています。
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③ 高効率と低照度発電
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高い光吸収率と電荷輸送能力を持ち、研究段階ではシリコン系に匹敵する**高い変換効率（25%程度）**を実現しています。
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弱い光（曇りの日や室内光など）でも効率的に発電できる特性があり、用途がさらに広がります。
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④ サプライチェーンの安定性
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主原料の一つであるヨウ素は、日本が世界第2位の産出量を誇り、国内調達が可能です。これにより、エネルギー安全保障の面でも大きなメリットがあります。
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🔬 構造と発電の仕組み
ペロブスカイト太陽電池は、主に5つの層からなるサンドイッチのような構造をしています。
| 層の名称 | 役割 |
| 透明電極層 | 太陽光を取り入れ、電子を集める。 |
| 電子輸送層 | 発電層で発生した**電子（⊖）**を効率よく電極へ輸送する。 |
| ペロブスカイト層（発電層） | 光を吸収し、**電子（⊖）と正孔（⊕）**を発生させる。 |
| 正孔輸送層 | 発電層で発生した**正孔（⊕）**を効率よく電極へ輸送する。 |
| 裏面電極層 | 正孔を集め、外部回路に供給する。 |
【仕組み】
ペロブスカイト層に太陽光が当たると、光のエネルギーによって**電子（⊖）と正孔（⊕）**が発生します。電子は電子輸送層を経てマイナス電極へ、正孔は正孔輸送層を経てプラス電極へ移動することで電流が発生し、発電が行われます。
⚠️ 実用化に向けた課題
多くのメリットを持つ一方で、商業化・普及に向けて以下の重要な課題が存在します。
1. 耐久性と安定性
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水分・酸素・熱への弱さ: ペロブスカイト結晶は、大気中の水分や酸素、熱、紫外線に非常に弱く、劣化しやすい性質があります。従来のシリコン太陽電池の耐用年数が約20年であるのに対し、ペロブスカイト太陽電池は長期の安定稼働に課題が残っています。
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対応策: 特殊な封止技術や保護膜の開発、材料構成の改良により、耐久性の向上が急ピッチで進められています。
2. 有害物質（鉛）の問題
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高い発電効率を達成するために、ペロブスカイト材料には鉛化合物（ヨウ化鉛など）が使用されることが一般的です。
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環境汚染や人体への影響を避けるため、鉛フリー化に向けた代替材料の開発や、使用済みパネルの適切なリサイクル・廃棄処理方法の確立が課題となっています。
3. 大面積化の難しさ
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小面積のセルでは高い効率が出ますが、面積を大きくすると性能にばらつきが出やすいという問題がありました。
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現在は、製造プロセスの自動化や塗布技術の改善により、大面積化の技術開発も進展しています。
日本政府は、このペロブスカイト太陽電池を日本のエネルギー安全保障とカーボンニュートラル達成の切り札と位置づけ、2030年の実用化を目指し、官民一体で研究開発と導入支援を加速させています。
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