太陽光発電、ソーラーパネル効果の重要な欠陥が40年の研究を経て明らかに(英研究)

太陽光発電、ソーラーパネル効果の重要な欠陥が40年の研究を経て明らかに(英研究)

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  • 更新日:2019/06/28
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Bruno Glatsch/Pixabay

太陽光発電(ソーラー発電)は、太陽電池を用いて太陽光を直接的に電力に変換する発電方式だ。

災害時などの停電時でも自家発電ができることや、自家消費による家庭の光熱費を削減できること、また余った電力を地域の電力会社に売って収入を得られることなどがメリットとなる以外にも、環境問題が取り沙汰されている昨今では、CO2を発生しないクリーンなエネルギーとして注目を集めている。

しかし、この素晴らしいテクノロジーにもいくつかのデメリットはある。デメリットを払拭し、いかに効率的に太陽光発電を使用するかという研究は、長きにわたり行われており、現在も進行中だ。

今回、イギリスの科学者たちがソーラーパネル効果に重要な欠陥があることを、40年の研究を経て発見した。どうやら、太陽電池の製造に使用されるシリコンに欠陥があるようだ。

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太陽電池の製造に使用されるシリコンに欠陥

大規模な設備で太陽電池(セル)を使用すると、システムが高電圧化し、回路に電流漏れが生じて、劣化や出力低下が起こる不具合が発生することについては、既に明らかにされている。

今回の新たな研究では、太陽電池の製造に使用されるシリコンの材料に欠陥があったことがわかった。これは、以前には発見されなかったことだと研究者らは述べている。

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Sebastian Ganso/Pixabay

LID現象により2%の効率低下を生じている

研究発表によると、ソーラーパネルの設置直後、太陽電池に含まれている酸素とホウ素が太陽光によって出現し、電子を分解してしまう光誘起劣化(LID)という現象が起こっているそうだ。

世界中のソーラーファームに設置されるパネル数が増えると、このLID現象により出力低下の不具合が生じ、再生不可能なエネルギー源を補わなければならない大規模なコスト被害をもたらすことになるという。

事実、LID現象による効率低下で世界全体が生じるエネルギーの損失は、イギリスの15の原子力発電所が生み出すエネルギーよりもはるかに多いと推定されている。

この欠陥によって、太陽電池を使用して最初の数時間で、2%の効率低下を引き起こしているというのだ。

環境的または経済的影響のため、太陽電池パネルの効率の低下は過去40年で科学的にも工学的にも大きな関心を集める課題となっています。しかし、それに取り組む研究は多くても、これまで問題解決には至っていませんでした。

この語るのは、今回の研究者の1人であるイギリスのマンチェスター大学に在籍するトニー・ピーカーさんだ。

シリコンの弱点を徹底調査

トニーさんを始めとする研究者らは40年にわたって270もの論文が決定付けることができなかったことを発見するため、今回は太陽電池の製造材料であるシリコンの弱点を見つけようと、DLTSと呼ばれる電気的および光学的手法を使用して研究を行った。

DLTS(Deep Level Transient Spectroscopy)とは、半導体における深い準位(トラップ)を測定する方法だ。

このDLTS分析では、太陽電池の電荷が太陽光から変換されると、電子の流れが閉じ込められるということが判明した。

つまり、作り出すことができる電力レベルが減ってしてしまうということだ。この欠陥は、ソーラーパネルが実際に加熱されるまでは活発化されないことがわかった。

また、より高品質のシリコンは、より長い「寿命」を持つ電荷担体(光子エネルギーを運ぶ電子)を持っていたことも判明。よって、これらのトラップが効率の低下に関連しているという考えを裏付けていることとなった。

更に、シリコンからトラップを除去するためのプロセスとして、暗所で材料を加熱することで、劣化がもとに戻ることもわかったそうだ。

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PublicDomainPictures/Pixabay

早急な対応が必要

今回、LID現象の謎が解決されたことは大きいが、「欠陥の存在が証明された以上、早急に修正を必要としなければならない」と研究者らは指摘する。

効率が2%低下というと、たいしたことのように思えないかもしれませんが、これらのソーラーパネルが、世界の総エネルギー需要の大部分を担う責任があると考えると、影響は大きく、発電能力の大きな損失にも繋がるのです。(トニー・ピーカー)

太陽光発光システムについてはまだまだ画期的な進歩が求められており、自然の中に多くのヒントを得ながら、太陽電池パネルの効率を更に高めるための更なる研究が続けられている。

なおこの論文は、『Journal of Applied Physics』で発表された。

追記(2019/06/27)本文を一部修正して再送します。

References:After 40 Years of Searching, Scientists Identify The Key Flaw in Solar Panel Efficiency/ written by Scarlet / edited by parumo

・あわせて読みたい→チェルノブイリ原子力発電所事故跡地に建設されることになった大規模太陽光発電パーク

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