元素に関する限り、シリコンは地球上の豊富さに関しては酸素に次ぐものです。 これと半導体としての特性のために、それは長い間エレクトロニクスのバックボーンでした。 素材は、コンピューターチップからラジオまで、あらゆるものに含まれています。 結局のところ、カリフォルニアのシリコンバレーにある現代のハイテク産業のハブの名前の由来です。
日当たりの良いハイテク資本といえば、シリコンはソーラーパネルに使用される主要な要素です。 ニュージャージーのベルテレフォン社の3人の科学者は、1950年代に最初のシリコン太陽電池（実用的と見なされる最初の太陽電池）の特許を取得しました。 それ以来、この素材はソーラー市場を支配してきました。 現在、世界中で生産されているパネルの90％以上が結晶シリコンPVパネルです。
シリコンは非常に多くの地位と市場の影響力を獲得しており、ソーラースペースでの競争はほとんどないため、ソーラーに他の選択肢があることを知っている人はほとんどいません。
ペロブスカイト、または結晶構造は、ヨウ化メチルアンモニウムなどの一般的な元素でできた新しいタイプの太陽電池です。 ペロブスカイトは製造が容易で、シリコン電池よりも高い速度で太陽光を電気に変換する可能性があります。 課題は、ペロブスカイトが非常に壊れやすいことです。
しかし、スタンフォード大学の科学者は自然からヒントを得ています。 ペロブスカイトの耐久性を高めるために、彼らはハエの目の弾力性のある構造に注目しました。
ハエの複眼は、保護のために有機タンパク質「足場」で保護された数百の六角形のセグメント化された目で構成されています。 目はハチの巣状に構成されており、片方が機能しなくなっても、もう片方は機能します。 オルガン全体が冗長性と耐久性を示し、研究者がソーラーパネルで再現したいと考えています。
研究者らは、破壊試験を通じてペロブスカイトで満たされた足場を置きました。 （ダウスカルトラボ/スタンフォード大学） Reinhold Dauskardtと彼の材料科学工学グループは、標準的なフォトレジストまたは感光材料から、幅500ミクロンのハニカム形状の足場を作成しました。 自然から別の例を借りるために、蜂が蜂の巣を作り、蜂蜜で満たすように、科学者はこの保護構造を構築し、その中にペロブスカイトを作ります。 彼らは足場内の元素の溶液を回転させ、熱を加えて、結晶化してペロブスカイト構造とその光起電力特性を達成するのを観察します。 その後、科学者は太陽電池を銀電極でコーティングして、太陽電池とそのエネルギーを捕捉する能力を密封します。
予備の実験室テストでは、 6本の髪の毛ほどの幅があるDauskardtの太陽電池は、構造と機能を維持していました。 高温高湿（華氏185度、相対湿度85％）に6週間さらされると、セルは一定レベルの電気を生成し続けました。 ペロブスカイトの周りの足場も電気出力を阻止しませんでした。
これは、画期的な成果です。 この革新の前は、研究者が太陽電池ペロブスカイト電池を操作して作成することは非常に困難でした。環境で生き残ることは言うまでもありませんでした。
「私が有機太陽光発電の初めに講演をしたとき、「これらの材料で呼吸すると失敗するでしょう」と言うでしょう。 ペロブスカイトの場合、「それらを見ると失敗する」と私は言います」 と 、 エネルギーと環境科学に掲載された新しい研究の主任研究者であるダウスカルトは冗談を言います。
ペロブスカイトは、ガラスの最大100倍もろいことがあります。 しかし、足場を強化するために使用される足場により、細胞の機械的耐久性は30倍に増加します。化学的安定性と機械的安定性の両方が細胞に追加され、研究者が細胞を破壊することなく触ることができ、高温にさらされる可能性が低くなります劣化。
下から照らされると、銀電極でコーティングされた太陽電池の領域に六角形の足場が見えます。 （ダウスカルトラボ/スタンフォード大学） 東京大学の研究者は、2009年にシリコン太陽電池の代替としてペロブスカイト太陽電池を初めて調査し、世界中の研究者がこの分野に飛び込みました。 ペロブスカイト太陽電池には確かに利点があります。 精製と結晶化に高温処理が必要なシリコンセルとは異なり、ペロブスカイト太陽電池は製造が比較的簡単です。
「これはペロブスカイト研究の一部の画期的な成果です。初期段階のコンセプトが商業化への道で直面する問題を解決しているからです」と、アルゴンヌ・ノースウェスタン太陽エネルギー研究センター（ANSER）の運営およびアウトリーチのディレクターであるディック・コーは言います。 とは言うものの、彼は開発がすべてのペロブスカイト太陽電池研究に普遍的に適用できるわけではないことを認めています。 ペロブスカイト太陽電池の製造方法は非常に多く、各ラボには独自の焦点があります。
結晶構造はさまざまな要素から作成できるため、多くの美的可能性もあります。 太陽電池は、窓、車の上部、または光にさらされる他の表面に取り付けることができます。 一部の企業は、セルの印刷さえしています。
ペロブスカイト太陽電池は当初、ニッチ市場に影響を与えると考えています。
「iPadのキーボードチャージャーで販売され、建物や自動車の湾曲したボンネットなどの自動車に組み込まれているのを見ることができました」と彼は言います。 「しかし、シリコンソーラー工場が小さな国をカバーするのに十分なモジュールを送り出している場合、[プロトタイプ]ペロブスカイトソーラーセルをサムネイルサイズの大きくて広く展開することを想像するのは困難です。」
それにもかかわらず、効率と耐久性の改善により、研究者は多くの環境で電気を生成する準備ができているセルを作る方法に向かっています。 研究者は仮特許を申請しました。
新しい太陽電池では、六角形の足場（灰色）を使用してペロブスカイト（黒色）をマイクロセルに分割し、機械的および化学的安定性を提供します。 （ダウスカルトラボ/スタンフォード大学） Dauskardtのテストでは、セルは15％の効率を達成しました。これは、光の4％を電気に変換した2009年の最初のテストよりもはるかに高いものです。 シリコンパネルの効率率は約25％であり、研究室では、ペロブスカイトが20％以上向上しています。 研究者は、太陽光発電ペロブスカイトの理論的な効率を約30パーセントと推定しています。
Dauskardt氏は、セルの効率を向上させるために、もともと安価で入手しやすい材料で構築された足場を改善できる可能性があると考えています。
「できる限り簡単に作成できることに驚きました。 質問は、使用できるより良い足場があるかどうかです。 足場の壁に落ちる光をどのように取り戻すことができますか？」とダウスカルトは言います。 彼と彼の同僚は、光粒子散乱材料の実験を計画しています。
安価な製造、比較的迅速な商業化の可能性（今後3〜5年以内にダウスカルトが見積もる）、および驚くほど多様な用途により、ペロブスカイト太陽電池は、2020年代以降の次の優れたソーラーパネルに役立つかもしれません。
そのため、そのハエがあなたの耳に響き渡るとき、自然はすべての形で刺激されますのでご安心ください。
