お気軽に
お問い合わせくださいContact
脱炭素施策に役立つ資料を
お届けしますDownload
ペロブスカイト太陽電池は、次世代の太陽光発電技術として注目を集めています。従来の太陽電池に比べて軽量で柔軟性が高く、低コストでの製造が可能な点が特徴で、今後のエネルギー分野での活用が期待されています。本記事では、ペロブスカイト太陽電池の基本知識とメリット、そして今後の展望と普及に向けた課題について解説します。
目次
ペロブスカイト太陽電池とは
ペロブスカイト太陽電池とは、どのような技術なのでしょうか。ここではペロブスカイト太陽電池の仕組みや従来の太陽電池との違いについてわかりやすく解説します。
ペロブスカイト太陽電池の仕組み
ペロブスカイトとは、メチルアミン・鉛・ヨウ素などからなる結晶構造を指します。ペロブスカイト太陽電池は、これらの化合物を発電層として用いています。
出典：日本の再エネ拡大の切り札、ペロブスカイト太陽電池とは？（前編）～今までの太陽電池とどう違う？（経済産業省 資源エネルギー庁）
ペロブスカイト太陽電池に太陽光が当たると、発電層ではマイナスの電荷をもつ「電子」と、「正孔」と呼ばれるプラスの電荷をもつ穴が発生します。これらが発電層の周辺にある電極へ移動する際に電流が発生する仕組みです。
従来の太陽電池と異なる点
ペロブスカイト太陽電池は、従来の太陽電池と以下の点で異なります。
・薄い、軽い（従来の太陽光パネルに比べて厚さは100分の1、重さは10分の1）
・柔軟性がある
・国内で材料を調達できる（主要原料であるヨウ素は日本が世界シェア第2位）
太陽光発電と聞くと、大型のパネルが広い土地に並べられている様子や、住宅の屋根に設置されている様子を思い浮かべる方も多いでしょう。従来の太陽電池の母材であるシリコンウエハは薄く割れやすく、ガラスなどで厚みを持たせるため、重量がありゆがまることができません。
しかし、柔軟性があるペロブスカイト太陽電池は軽量化も可能なため、ビルの壁面などにも設置できます。フィルム状で折り曲げて設置することもでき、これまでは設置できなかった建物の壁面など、活用の幅が広がる可能性があります。
GX・エネルギー安全保障政策で国策として支援することを明記
日本政府は、GX・エネルギー安全保障政策においてペロブスカイト太陽電池について以下のように言及しています。
「ペロブスカイト太陽電池や浮体式洋上風力等の目標及び革新技術の開発と社会実装の早期実現に向けた支援や制度的措置の検討、国際的な研究開発体制や国際標準の整備、人材育成やサプライチェーンの構築に向けた支援を行う。」
出典：経済財政運営と改革の基本方針2024 ～賃上げと投資がけん引する成長型経済の実現～p.15（内閣府）
2050年カーボンニュートラルの実現と、2030年度までに温室効果ガス46％削減（2013年度比）という目標を達成するためには、次世代のエネルギー政策が不可欠です。ペロブスカイト太陽電池の普及や開発促進についても、国策として支援することを明らかにしたことで、ますます注目が集まっています。
ペロブスカイト太陽電池の活用が期待される分野
ペロブスカイト太陽電池は、小型・フレキシブル型・超高効率型などの種類が存在し、目的や用途に応じた市場への拡大が期待されています。
出典：日本の再エネ拡大の切り札、ペロブスカイト太陽電池とは？（前編）～今までの太陽電池とどう違う？（経済産業省 資源エネルギー庁）
以下ではペロブスカイト太陽電池の実証実験が進んでいる分野や、今後の応用が見込まれる分野について解説します。
建物の壁面への実装
積水化学工業株式会社では、フィルム型のペロブスカイト太陽電池を開発中です。30センチ幅のロール状で生産が可能で、耐久性10年相当、発電効率15％を実現しました。すでにフィルム型を実際の建物に設置した実証実験が進んでおり、東京都や大阪府のビルで垂直な外壁面における発電効率の測定や、予測値と実測値の比較などを行っています。
従来のシリコン系太陽電池は、その重量から平坦な土地や屋根などに設置が限られていました。壁面への実装により、都心部のビルなど既存の建物へペロブスカイト太陽電池を普及拡大することで、さらなる脱炭素化の道を模索しています。
窓で発電するシステムへの応用
大成建設株式会社と株式会社カネカは、建材と一体型のペロブスカイト太陽電池の共同開発をしました。高い発電効率に加え、採光・眺望・遮熱・断熱といった機能や見た目の良さを兼ね備えながら、災害時には独立した非常用電源としても活用できます。外壁パネルと一体型のものや、窓ガラスと一体化した透過タイプのペロブスカイト太陽電池の実装により、ZEB（ネット・ゼロ・エネルギー・ビルディング）の実現を目指します。
公共施設への導入
東芝エネルギーシステムズ株式会社と福島県大熊町は、ゼロカーボンの町づくりを目指し2024年5月からペロブスカイト太陽電池の実証実験を開始しました。実証実験では、大熊町役場内に東芝エネルギーシステムズのフィルム型ペロブスカイト太陽電池モジュール（約30cm×100cm）を4枚設置。発電した電力を使い、役場で使用するタブレット端末の充電や照明などを稼働させます。復興まちづくりを推進しながら、福島県の先進事例として次世代太陽電池の実装に向けた取り組みを推進しています。
| 【関連記事】 ZEBとは？意味・企業への影響・導入事例をわかりやすく解説 |
ペロブスカイト太陽電池を取り巻く今後の課題
従来の太陽光パネルでは、日本は平地面積あたりの導入量は主要国で1位ですが、すでに太陽光発電に適する土地が不足している側面もあります。そこでこれまでは設置が困難だった耐荷重の小さい建物の屋根やビルの壁面などにも導入を進めるため、ペロブスカイト太陽電池の開発が急がれているのです。しかし、ペロブスカイト太陽電池にはまだ克服すべき課題がいくつかあります。以下ではそれらの課題と今後の展望について解説します。
量産技術を確立させる
ペロブスカイト太陽電池は、既存の太陽電池に比べて少ない工程で製造でき、コストを抑えることが可能です。また、ペロブスカイト太陽電池の主な原料であるヨウ素の生産量は、日本が世界シェア30%（世界2位）を占めています。
今後は、さらなる低コスト化・量産体制の強化に向けた技術開発を支援する開発プロジェクトを通して、498億円の国からの投資が予定されています。同時にさまざまな導入シチュエーションを反映した実証実験を実行することを通して、社会への早期実装を目指す必要があります。
サプライチェーンの構築
日本政府は、ペロブスカイト太陽電池について2030年までに生産体制を整備すると同時に、一定条件下での発電コストを14円/kWh以下にすることを目標として掲げています。経済産業省が主導し、ペロブスカイト太陽電池をはじめとした世界に通用する製造技術を持つ事業者へ投資を行う「GXサプライチェーン構築支援事業」では、2024年度に548億円を計上しました。ペロブスカイト太陽電池の早期の実用化と流通に向けて、諸外国に負けない国内製造サプライチェーンの確立を目指しています。
需要の創出
現在、ペロブスカイト太陽電池の製造からリサイクル・廃棄までを見据えたビジネスモデルの確立は、まだまだ検討が必要な段階です。制度設計やルール作り、耐久性などの評価手法などの国際標準化も求められるでしょう。アジアや欧米などの大型海外市場の獲得に向けた動きを加速させ、日本のペロブスカイト太陽電池を世界で競争力のあるものに育て上げる必要があります。
経済産業省は、2025年の実用化を見据え、ペロブスカイト太陽電池を対象にした固定買取価格制度（FIT）による買取区分創設などの導入支援策を検討するとしています。
世代太陽電池は、中国やヨーロッパなどの諸外国でも研究・開発競争が激化しています。諸外国に先駆け、早期の社会実装が今後の課題となります。
まとめ
軽くて柔軟性に優れ、設置場所の大幅な拡大が期待できるペロブスカイト太陽電池は、製造工程が少なく低コスト化が見込めることに加え、主要原料であるヨウ素は日本が世界シェア第2位を占めるなど、将来性のある技術です。
低コスト化や高い耐久性の追究など、量産化へのハードルは未だ立ちはだかっている状態ですが、将来的な市場ニーズは高いと考えられます。今後、これらの課題が解決されれば、日本の技術が世界のエネルギー転換に大きく貢献する可能性もあるでしょう。
この記事をシェアする