新技術が太陽光発電を革命化する可能性がある

世界中の政府が緑の移行に向けて取り組む中、世界中の企業が再生可能エネルギー生産を改善する革新的な方法の研究開発に積極的に投資しています。新しい技術により、太陽や風力の発電所などの従来の再生可能エネルギープロジェクトが効率的になっており、企業はより強力なパネルや大型のタービンを建設しています。今、1つのドイツチームは、太陽エネルギー生産を大幅に増やす可能性がある新しい光収穫システムを発見したと信じています。

従来の太陽パネルは、全ての可視スペクトルを吸収する現行の太陽電池に依存していますが、その吸収は弱いです。これらの太陽電池は十分なプロトンを吸収して電気を生成するために数μm厚でなければなりません。これにより、これらは重く、高価で、小さなスペースに配置するのが難しくなります。それに対して、有機染料からなる薄膜太陽電池は、より安価で軽量で、わずか100ナノメートルの厚さです。しかし、これらは太陽スペクトラムの一部しか吸収することができません。科学者たちは何年もの間、重量とコストを抑えながら太陽パネルをより効率的にする解決策を探してきました。

今、ドイツ・バイエルン州のヴュルツブルク大学の科学者たちは、太陽光発電を大幅に向上させるために必要な構造を発見したと信じています。研究者は最近、URPBシステムを使用することをデモンストレーションした論文をChemジャーナルに掲載しました。URPBシステムは、紫外線、赤、紫、青に基づくもので、植物やバクテリアの光合成アンテナに基づいており、効率的に太陽光を捕捉する能力を持っています。URPBモデルは、UV、可視、および近赤外の波長で光を効率的に捕捉できるように4種類の異なる染料を精密な構成で積層しています。

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テスト段階では、研究チームは入射光の38％を有用なエネルギーに変換することができました。一方、4つの染料単体だけでは、1％未満から最大3％までしか変換できませんでした。JMUの化学教授であるフランク・ヴュルトナーは、「当社のシステムは無機半導体と類似したバンド構造を持っています。これは、有機染料の吸収係数を利用して、全可視範囲で光をパンクロマチックに吸収しています。その結果、比較的薄い層で自然の光収穫システムと同様に多くの光エネルギーを吸収することができます。」と説明しています。

次の課題は、商業用途に拡大することです。この技術を使って実験室環境でエネルギーを生産することに成功していますが、新しい技術を実世界環境で使用する際には常に大きな課題があります。

これは、太陽エネルギー生産を向上させるために世界中でテストされている最新の技術の1つに過ぎません。公的資金や減税などの金融インセンティブの水準が高くなり、世界中の企業が化石燃料の消費を減らすために世界の再生可能エネルギー容量を増やす必要性に駆られており、太陽エネルギー部門での研究開発に力を入れています。太陽光発電の生産は過去10年間で著しい進化を遂げています。太陽パネルの効率は2012年の約17％から今日の22％から29％に向上し、生産コストは低下し、太陽パネル1ワット当たりの価格は2000年の約5ドルから現在の50セント未満にまで下がりました。

国際再生可能エネルギー機関（IRENA）によると、太陽光発電（PV）は世界で最も急成長しているエネルギー源であり、2010年以来26倍に増加しています。2022年末までに、世界全体で1,047 GWの太陽光発電容量が導入され、2022年だけで191 GWが追加されました。

今年初め、トルコの研究者は、半球形の形状の有機光伏電池構造が従来の平らなパネルよりも66％多くの光を吸収できる可能性があると示す研究を発表しました。チームは、コンピュータシミュレーションで有望な成果を上げているこの技術のプロトタイプの製造を目指しています。

また、ペロブスカイト太陽電池（PSCs）の使用に対する楽観論も存在しており、その高い性能と低い生産コストが評価されています。PSCsは近年大きな進歩を遂げ、2009年の約3％から今日の25％以上に効率が向上しています。これにより、米国エネルギー省（DoE）や世界中の他の公的および私的機関がPSC技術の改善に大きな投資を行うようになりました。

これまで、ほとんどのPSCテストは実験室環境で行われてきました。しかし、ノースカロライナ大学を率いる米国の研究者のクロスカントリーチームが外部で試験を実施しています。米国DoEのペロブスカイトPVテクノロジー商業化促進センター（PACT）は、この技術を外部で29週間使用し、運用効率を16％以上に達成しました。NRELの化学研究者であるローラ・シェルハスは、「実世界でのデモンストレーションは商業化に向けた重要なステップであり、PACTがこれらの機能を提供することで、研究者や企業が信頼性を向上させるためにこのデータを活用できることを期待しています。」と説明しています。

報道:オイルプライス・ドットコムのフェリシティ・ブラッドストック氏

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