ペロブスカイト太陽電池: 持続可能なエネルギー ソリューション?

この記事では、ペロブスカイト太陽電池と、それらが持続可能なエネルギー ソリューションになる可能性があるかどうかを調べます。

22年2022月XNUMX日に投稿

エネルギー生成による世界の二酸化炭素排出量は昨年 6% 増加し、 36.3億トン. これらの排出量や他の産業からの排出量に関連して、国連は最新の報告書で厳しい警告を発しました。 気候報告：今行動しなければ、地球温暖化を抑えることはできません。

研究者はこのアドバイスに耳を傾け、藻類、波力発電、ペロブスカイトなどのさまざまな材料を試しています。 目的は、これらの材料が他のエネルギー技術を凌駕し、炭素排出量を削減できるかどうかを確認することです。

この記事では、特にペロブスカイトに焦点を当て、それらが何であるか、太陽電池でどのように使用されているか、持続可能なエネルギー ソリューションになる可能性があるかどうかを定義します。

ペロブスカイトとは

ペロブスカイトは、天然に存在する鉱物カルシウム チタン酸化物と同じ結晶構造を持つ合成材料のクラスです。

この鉱物は、1839 年にドイツの鉱物学者グスタフ ローズによって最初に発見され、ロシアの鉱物学者レフ ペロフスキー (1792-1856) にちなんで名付けられました。 何百年も前に発見されたにもかかわらず、ノルウェーの鉱物学者ビクター・ゴールドシュミットがペロブスカイトの「耐性係数」を最初に記述した1926年まで、鉱物の独特の構造は理解されていませんでした。

ペロブスカイト構造は、多くの異なる陽イオン (正電荷を帯びたイオン) を構造に埋め込むことができるという点で独特であり、さまざまな工学的材料の開発を可能にします。

ペロブスカイトは太陽電池でどのように使用されていますか?

ペロブスカイト材料の最も一般的で成熟したアプリケーションは、太陽電池です。 合成ペロブスカイトは最大 25.5% の変換効率を提供し、他のすべての新興太陽電池技術 (量子ドット、有機、および色素増感セルを含む) よりも優れています。 モノリシック タンデムでシリコンと組み合わせると、ペロブスカイト セルの効率が最大 29.8% 向上し、一部の高効率 (ただし通常は法外なコスト) のマルチジャンクション セルよりも優れた性能を発揮します。

ペロブスカイトソーラー業界の動向

2021 年のペロブスカイト市場評価額は 0.17 億米ドルでした。 2029 年までに、市場は 6.29% の複合年間成長率 (CAGR) を表す 34.5 億 XNUMX 万ドルの評価額に達すると予想されます。 現在の市場規模は、この材料の初​​期段階の商業化を強調しています。市場規模が小さいと、投資収益率が低下するリスクが高まるためです (潜在的に破壊的な技術でよくあることです)。

上の特許出願チャートは、ペロブスカイト材料と太陽電池技術の商業的導入を示しています。 2009 年にさかのぼると、宮坂力らによる開発が行われています。 これに先立ち、1980 年代にはペロブスカイト太陽電池の実現可能性が学術文献で概説されていました。 2006 年から現在まで、ペロブスカイト太陽電池は、従来の薄型技術に比べて効率が 22% 向上しました。

ハイブリッド有機無機ペロブスカイト材料の出現により、その高い電力変換効率と低コストの製造方法により、ペロブスカイト技術の特許出願が急増しました。 富士フイルムとの宮坂の仕事は、この技術の最初の道を開き、オックスフォード大学とその共同研究者が続いた.

太陽電池におけるペロブスカイトの落とし穴

他の細胞よりも優れた性能を発揮するという約束にもかかわらず、ペロブスカイトにはいくつかの大きな落とし穴があります: 不安定性と劣化です。

ペロブスカイト太陽電池は、実験室の設定では良好に機能しますが、いったん商用サイズにスケーリングされると、これらのセルはエネルギー性能を維持することが困難になります。 ソーラーパネルが商業的に実行可能であるためには、それらが生み出す総エネルギーの価値が、パネルを生産するための投入コストよりも大きくなければなりません。 特定の条件下でのみ効果的に動作するソーラー パネル、またはコストを回収する前に劣化するソーラー パネルを使用すると、実現可能なエネルギー回収ソリューションとして拡張する能力が制限されます。

ただし、主要なプレーヤーはこれらの制限を認識しており、それらに対処するために積極的に取り組んでいます. これは、下の図に示されている特許出願の傾向から明らかです。 「効率」対「劣化」または「安定性」に関連するアプリケーションが増加しています。

ペロブスカイトは持続可能なエネルギー ソリューションですか?

世界がより持続可能なエネルギー モデルに向けて動き続けるにつれて、ペロブスカイトの特許出願が増加する可能性があります。

ペロブスカイトが持続可能なエネルギー ソリューションになるためには、研究者は安定性と劣化に関連する問題を克服する必要があります。 そのため、今後数年間で、特にエネルギーの貯蔵と生成に関連するペロブスカイト技術の新しい革新が見られると予想されます。

ペロブスカイト業界レポート

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