新技術が太陽光発電を革命化する可能性がある

世界各国の政府が緑の転換を推進する中、世界中の企業が再生可能エネルギー生産の革新的な方法を改善するため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、ソーラーや風力発電所など従来の再生可能エネルギープロジェクトがより効率的になっています。企業は、強力なパネルと大きなタービンを構築することで、これらのプロジェクトを大幅に改善しています。今、あるドイツのチームは、大幅に太陽エネルギー生産量を増やす可能性のある新しい光収穫システムを発見したと信じています。

従来のソーラーパネルは、可視スペクトル全体の光を吸収しますが、弱くしか吸収しません。これらの太陽電池は、十分な光子を吸収して電力を生成するために数マイクロメートルの厚さでなければなりません。これにより、それらは重く、高価で、小さいスペースに配置することが難しくなります。それに対して、有機染料でできた薄膜太陽電池は、100ナノメートルの薄さで、より安価で軽量です。ただし、太陽スペクトルの一部しか吸収できません。科学者たちは何年もの間、太陽パネルをより効率的にする解決策を探しており、重量とコストを抑えながら太陽パネルを強化しようとしています。

今、ドイツ・バイエルン州のヴュルツブルク大学の研究者たちは、太陽光発電の大幅な向上につながる可能性がある構造を発見したと考えています。研究者は最近、光を効率的に捕える植物や細菌の光合成天線に基づく「URPBシステム」を使用することを実証したChem誌に研究論文を発表しました。URPBモデルは、UV、赤、紫、青の4つの異なる染料を使用し、それらを正確な構成で積み重ねることで、UV、可視、近赤外波長全体で効率的に光を捕捉します。

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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できました。一方、4つの染料単体では、1％から最大3％までしか管理できません。JMU化学教授のフランク・ヴュルトナーは、「私たちのシステムは、無機半導体と類似したバンド構造を持っています。つまり、可視範囲全体で光をパンクロマチックに吸収します。そして、有機染料の高吸収係数を利用しています。その結果、比較的薄い層で多くの光エネルギーを吸収でき、天然の光収穫システムに似ています。」と説明しました。

次の課題は、このプロセスを商業利用にスケールアップすることです。技術を実験室環境でエネルギー生産に使用することに成功しているものの、新技術を実世界環境で使用する際には常にさらなる課題があります。

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試験されている最新技術の一例に過ぎません。公的資金や税制優遇措置などの金融刺激によってインセンティブが与えられ、世界の再生可能エネルギー容量を増やして化石燃料の消費を減らそうとする必要性に駆られ、世界中の企業が太陽エネルギー部門の研究開発に大きな投資をしています。太陽光発電は過去10年で大きく進歩しました。太陽パネルの効率は2012年の約17％から現在は22％から29％の間に向上しており、生産コストは下がり、太陽光パネルのワット当たりの価格は2000年の約5ドルから今日の50セント未満に低下しています。

国際再生可能エネルギー機関（IRENA）によると、太陽光光発電（PV）は世界的に最も成長しているエネルギー源で、2010年以来26倍に成長しました。2022年末までに、世界全体で1,047 GWの太陽光PV設置容量があり、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、従来の平らなパネルよりも66％以上の光を吸収可能であると考えられる半球形の有機光電池構造の可能性を示す研究を発表しました。チームは、有望な技術をテストするためにプロトタイプの製作を検討しており、コンピューターシミュレーションで良好な結果が見られました。

また、ペロブスカイト太陽電池（PSCs）の使用についても楽観的な見方が広がっています。PSCsは、高い性能と低い生産コストを持つため、近年、大きな進展を遂げています。2009年の約3％から、今日は25％以上に進化しています。これにより、米国エネルギー省（DoE）を含む世界中の公的および民間機関がPSC技術の改善に大きな投資をしています。

これまで、ほとんどのPSCのテストは研究室環境で行われてきました。しかし、北カロライナ大学をリードする米国の研究チームが、テストを室外に移行しました。米国エネルギー省のPerovskite PV Accelerator for Commercialising Technologies（PACT）センターは、技術を29週間にわたって屋外で使用し、運用効率を16％以上達成しました。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への重要な段階であり、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の向上に向けてこのデータを活用できることを期待しています。」と説明しました。

オイルプライス.comのフェリシティ・ブラッドストックによる寄稿

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