日本発の新技術、ペロブスカイト太陽電池。最新情報の纏め

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近年、新たな太陽電池技術である「ペロブスカイト太陽電池」に注目が集まっている。ペロブスカイト太陽電池は、ソーラーパネルなどに使用されている従来型の太陽電池とは異なり、「薄い」「軽い」「あらゆる形状に曲げられる」「発電効率が高い」「製造コストが低い」などの特徴を持つことから、幅広い産業における活用が検討されている。実際に、どのような活用方法が検討されているのか。本記事では、ペロブスカイト太陽電池の仕組みや、メリット・デメリット、日本企業6社の実用化に向けた開発状況について解説。

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、ペロブスカイトと呼ばれる結晶構造を持つ化合物を材料として使う、次世代の太陽電池だ。私たちが良く知るソーラーパネルなどに使用されている太陽電池とは何が違うのか。

最も普及している従来型の太陽電池は、材料となるシリコンを鋳造・カットした後、電極としての機能を持たせるための加工などが施され、最後に強化ガラスを貼り付けるなど、いくつかの工程を経て太陽電池パネルとして完成する。シリコンを強化ガラスで補強する構造のため、ある程度の厚みと重さがあるのが特徴だ。

一方、ペロブスカイト太陽電池は、ペロブスカイト結晶と呼ばれる化合物を極薄のフィルムに塗布することで作られる。使用される材料の特性から、薄くて軽く、あらゆる形状に曲げられる柔軟性を持つ。この特徴から、従来の太陽電池では設置できなかった場所への設置が可能になる。また、少ない材料・設備・工程で製造可能であり、製造コストを抑えることができるのも特徴だ。

そんなペロブスカイト太陽電池は、桐蔭横浜大学の宮坂力特任教授によって2009年に発明された技術だ。現在、世界中でこの技術の開発競争が激化しており、日本でも実用化に向けた研究開発が進行中だ。

なお、ペロブスカイト太陽電池の原材料の一部であるヨウ素は、日本がトップクラスの埋蔵量を誇る素材だ。そのため、材料を含めペロブスカイト太陽電池は国産化が見込める技術としても期待されている。

ペロブスカイト太陽電池のメリット・デメリット

ここからは、ペロブスカイト太陽電池のどのような点がメリット・デメリットなのかを確認したい。

■メリット

・形状の柔軟性

従来型のシリコン材料を使う太陽電池に比べ、使用する材料・製造工程の特性から、「薄い」「軽い」「あらゆる形状に曲げられる」という特徴を持つ。そのため、従来型の太陽電池では設置が難しかった形状が特殊な建物や、強度の足りない建物の屋根・壁、可搬式のデバイスなど、設置場所の可能性が広がる。また、従来型の太陽電池は、国内を見ても設置可能な場所（平地や建物の屋上など）が限られるため、発電量を増やす上で、建物の窓や壁面などにも設置可能なペロブスカイト太陽電池が重要な役割を担っている。

・発電効率

従来のシリコンベースの太陽電池は、天候が曇り（光が弱い）場合に発電効率が落ちる傾向があるが、ペロブスカイト太陽電池は、弱い光でも発電効率を落とすことなく発電が可能。曇りや雨など、天候に左右されることなく発電できることから、エネルギー事情を変える太陽電池として期待されている。
・製造コストが抑えられる
ペロブスカイト結晶と呼ばれる化合物を極薄のフィルムに塗布するといった、簡単な工程で製造可能なため、シリコンベースの太陽電池に比べ、少ない材料・設備・工程で製造可能、製造コストを抑えることができる。

■デメリット

・耐久性

ペロブスカイト材料は、湿気や高温に弱く、長期間の使用において劣化しやすいなど、素材の不安定性に課題がある。たとえば、屋外での使用においては、雨や湿度の高い環境が材料の劣化を早める可能性があるため、耐久性を高める技術開発が必要である。
・製造プロセスの確立
製造プロセスの確立も課題だ。現在、あらゆる企業によって、品質を一定に保つ製造技術や量産を可能にする製造プロセスの開発が進められている。これらの課題を克服することが、ペロブスカイト太陽電池の商業的な成功には不可欠である。

設置場所の事例（1）：オフィス・住宅の窓ガラス

ペロブスカイト太陽電池は、その高効率な変換技術と低コストの製造プロセスにより、多様な分野での活用が進んでいる。具体的にどのような場所への設置・活用が進められているのだろうか。

パナソニックホールディングスは、ペロブスカイト太陽電池の一般住宅への採用の可能性を模索している。具体的には、住宅のガラスにペロブスカイト太陽電池を組み込む、ガラス建材一体型ペロブスカイト太陽電池を開発し、「発電するガラス」の実証実験を進めている（出典：パナソニックHP）。

従来のシリコンを使用した太陽電池は、透光性やデザイン面の点から、住宅やオフィスの窓など、ガラス部分へ設置が難しいという課題があった。同社のガラス建材一体型のペロブスカイト太陽電池は、こうした制約を乗り越え、設置場所拡大が期待されている。

設置場所の事例（2）：高層ビル

東京電力ホールディングスは、再開発予定の高層ビルにペロブスカイト太陽電池を採用するプロジェクトを進めている。ビルの外壁や窓ガラスにペロブスカイト太陽電池を組み込むことで、都市部におけるエネルギー創出の最大化とエネルギーの地産地消につなげることを目指す（出典：東京電力ホールディングス）。

従来のシリコンを使用する太陽電池は、耐荷重や風圧への対応、高額な設備更新コストなどの点から、高層ビルへの設置が進まなかったが、ペロブスカイト太陽電池はこれら課題を解決する技術として期待されている。

設置場所の事例（3）：基地局

KDDI、KDDI総合研究所、エネコートテクノロジーズは、2024年2月から群馬県で「サステナブル基地局」の実証実験を開始する。この実験では、国内初となるペロブスカイト太陽電池を用いた商用基地局の運用を行う（出典：KDDI）。

2023年6月には、太陽光パネルを使ったサステナブル基地局を運用開始した。従来、電柱型やビル設置型の基地局では太陽光パネルの設置が困難だった。この実証実験では、ペロブスカイト太陽電池の「薄い」「軽い」「あらゆる形状に曲げられる」という特性を生かし、電柱型基地局に設置することで、敷地面積が限られた場所でも太陽光発電を可能にするという。

3社は、カーボンニュートラルの実現に向けて、ペロブスカイト太陽電池の技術を基地局に活用し、サステナブル基地局の拡大と商用展開を目指すとともに、基地局以外への活用も検討していく。これらの取り組みから、ペロブスカイト太陽電池は住宅、商業ビル、通信インフラなど、多様な分野での活用が期待されている。

どこまで成長する？ペロブスカイト太陽電池の市場規模予測

ペロブスカイト太陽電池の市場は、今後急速に成長すると見られる。アステュート・アナリティカの発表したレポートによると、2023～2031年に向けて予測される複合年間成長率（CAGR）は30.4％。収益は、2022～2031年までに約5億6,330万～60億1,248万米ドルまで成長する見込みだ。

ペロブスカイト太陽電池は、既存の太陽電池と比較して多様な用途に適用できるため、新たな市場の創出が期待される。
日本企業6社の開発状況まとめ、各社は何を狙う？

ここからは、ペロブスカイト太陽電池の開発に取り組んでいる主要な日本企業6社について解説。

■アイシン

アイシンは、自動車部品以外の領域での取り組みを強化しており、特にペロブスカイト太陽電池の開発に注力している。研究開発を推進中で、2025年にはこの太陽電池の実証実験が始まる予定（出典：アイシン公式企業サイト）。

■マクニカ

マクニカは、ペロブスカイト太陽電池の社会実装に向けて、モジュール交換が可能なパネルの開発に取り組んでいる。2024年春には、横浜港大さん橋に新しいパネルを設置し、塩害が懸念される沿岸部での耐久性や発電効率の実証実験を開始する予定だ（出典：マクニカHP）。

■積水化学工業

積水化学工業は、2022年からフィルム型ペロブスカイト太陽電池の共同研究を東京都と開始している。2023年の春には、森ヶ崎水再生センターにフィルム型ペロブスカイト太陽電池を導入して、太陽電池の発電量のモニタリングや腐食耐久性の確認などの研究を進めている状態だ（出典：積水化学工業HP）。

また、2030年までに電気自動車（EV）の屋根などへのペロブスカイト太陽電池搭載を目指す。すでにプリウスのプラグインハイブリッド車や一部EVには、太陽電池を搭載するオプションを提供中だ。また同社は、エネコートテクノロジーズと共同でペロブスカイト太陽電池の大型化や耐久性の向上を目指している。これらの目標を達成することによって、定置型よりも高い利益率が見込まれる車載市場を開拓することが期待されている（出典：日本経済新聞「次世代太陽電池、30年EV搭載へ　トヨタ・京大発新興組む」. 2023年6月27日）。

■東芝

東芝は、フィルム型ペロブスカイトと亜酸化銅（Cu2O）タンデム型の2種類の次世代型太陽電池開発に力を入れている。フィルム型ペロブスカイトは軽量かつ柔軟性が高い。また低コスト。亜酸化銅タンデム型は、従来型太陽電池と重ねることで高効率化を実現し、電気自動車（EV）への搭載を想定している（出典：東芝HP）。

■リコー

リコーは、固体型色素増感太陽電池（DSSC）と有機薄膜太陽電池（OPV）の開発を経て、屋外・宇宙用途向けのペロブスカイト太陽電池の開発にも取り組んでいる。これらの技術は、家庭用から産業用まで幅広い分野での活用が期待されている（出典：リコーHP）。

ペロブスカイト太陽電池は、その高効率と低コストの製造技術により、住宅や商業ビル、通信基地局など多様な分野での活用が進行中だ。この技術は、新しいビジネスモデルの創出において重要な役割を果たす可能性がある。今後、企業としては、新たなビジネスチャンスの開拓に、ペロブスカイト太陽電池を戦略的に取り入れても良いのではないだろうか。ペロブスカイト太陽電池は、持続可能な未来への道を切り開く鍵となる可能性を秘めている。

Yahoo!ニュースから抜粋