太陽光はどこにでもありますが、これまでのところ、そのエネルギーを回収するための私たちの取り組みは、太陽光発電所と屋上パネルに限定されています。新しい分析によると、窓、ディスプレイ画面、自動車に適用できる透明太陽光発電技術は、米国のエネルギー需要の40パーセントを供給できる可能性がある。
透明および半透明の集光材料はここ 5 ～ 6 年で登場し始めたばかりですが、すでにいくつかの商用例があり、実験によるデモンストレーションでは素晴らしい性能に達しつつあるとのことです。最近のレビュー自然.
著者らは、米国には50億平方メートルから70億平方メートルのガラス面が存在すると推定しており、これを今日のソーラーパネルと同様の効率を持つ透明な太陽電池でコーティングすると、さらに100GWの電力を生成できる可能性があり、これは全米規模の屋上太陽光発電設置の可能性に近づくことになる。
これは、これらの材料を建物の非ガラス外壁に組み込む可能性や、携帯用電子機器や車のフロントガラスに取り付ける可能性を無視していることになります。
「従来の太陽光発電への応用は50年以上にわたって活発に研究されてきたが、われわれがこのような透明性の高い太陽電池に取り組んでいるのはまだ5年程度だ」と、透明太陽電池技術に研究し、レビューの執筆者の1人でもあるミシガン州立大学の准教授リチャード・ラント氏は次のように述べている。プレスリリースで述べた.
「最終的に、この技術は、これまでアクセスできなかった大小の表面に、安価で広範囲に太陽光発電を導入するための有望な道を提供します。」と彼は付け加えた。
現在の透明太陽光発電技術は現実的な可能性の約3分の1にすぎず、電力変換効率は標準的なシリコン太陽光発電パネルの約15～20パーセントと比較して5パーセント程度であるため、まだ道のりは遠い。しかし、透明と半透明を作成するにはさまざまなアプローチがあります。、すべて着実に進歩しています。
太陽電池に透明性を持たせる取り組みは、主に 3 つの戦略に焦点を当てる傾向にあります。1 つは間隔をあけて配置された不透明な太陽電池を透明な材料に組み込む、不透明な材料の厚さを光が通過できる程度に薄くする、または赤外線と紫外線を吸収するが可視光の大部分は通過させる材料を使用するです。
関連するアプローチとして、ガラスの表面からの光の方向を変える材料でガラスをコーティングし、そこで太陽光集光器と呼ばれる従来の太陽電池で光を集めることができる方法もあります。
標準的なシリコンベースの太陽電池を透明な材料に統合することは、技術と関連する製造プロセスの普遍性を利用していますが、著者らは、適切な透明性を達成するにはエネルギーハーベスティング領域が大幅に削減されることを意味すると指摘しています。
対照的に、不透明な光吸収半導体の薄膜が領域全体を覆っており、14パーセントもの高い効率を達成した例もある、と著者らは述べている。これらの材料は、Onyx Solar や Polysolar などの企業によってすでに商品化されています。
ただし、一般に、これらのアプローチは可視光の約 50 パーセントしか通過させず、窓にかなり強い色合いを与える傾向があります。この色は、さまざまな素材を使用して簡単に調整できます。場合によっては、これは、たとえば装飾的な理由で色付きガラスが必要な場合などに便利です。
しかし、著者らは、色の付いた光が人間の概日リズム、つまり睡眠サイクルを支配する生理学的プロセスの束に及ぼす影響について考える必要があると警告しています。ブルーライトは、夜明けに太陽光がスペクトルの青い端にシフトするため、脳による睡眠促進ホルモンのメラトニンの生成を抑制し、私たちが目覚める原因となります。
主に青色光を透過するガラスは、建物内で長時間過ごす人の生理機能に大きな影響を与える可能性があります。他の色への長期曝露による他の生理学的および心理的影響も存在する可能性があるため、かなりの色合いを生み出す透明な太陽電池を使用する前に、これを注意深く調査する必要があります。
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この問題を回避する 1 つの方法は、可視光スペクトルを妨げない真に透明な太陽電池を作成することです。スペクトルの紫外端と赤外端からの光を選択的に吸収し、それらを「目に見える透明」のままにするさまざまな技術があります。
進歩にもかかわらず、このテクノロジーには多くの課題が直面していると著者らは指摘しています。アプローチの多くは小規模ではうまく機能しますが、規模を拡大するのは困難な場合があります。これは多くの場合、光活性材料の特性によるものですが、生成された電気を輸送するために必要な透明電極の抵抗率が高いため、制限要因にもなります。インジウムベースの電極はこのボトルネックを解決する可能性を秘めていますが、この元素の需要は高く、価格の手頃さに影響を与える可能性があります。
また、実際には、ほとんどのガラス表面が太陽光の取り込みに最適な位置に配置されておらず、多くの場合垂直であり、高緯度および低緯度では北または南を向いていると、受け取る光の量に劇的な影響を与える可能性があるという問題もあります。
最後に、これらの技術の多くは、酸素や湿気に非常に敏感な有機材料に依存しているため、寿命が制限される可能性があります。建物に統合されることを目的としたシステムの場合、短い寿命は実際には選択肢にならず、現時点ではほとんどのテクノロジーの寿命は数年しかないと予測されています。
著者らが提案する選択肢の1つは、これらの透明な太陽電池を窓の内側にラミネートとして取り付けて交換することで、数年ごとの交換がそれほど困難ではなくなるというものだ。
しかし、これらの課題にもかかわらず、現代世界のすべてのガラス表面をソーラーパネルに変えるという大きな可能性は、非常に有望なものです。効率性、耐久性、商業化に関しては、やるべき多くの作業がまだ残っていますが、著者らは、その道筋はかなりよく計画されていると指摘しています。
ガラスメーカーはすでにガラスにさまざまなコーティングを蒸着するシステムを採用しているため、薄膜太陽電池を追加することはそれほど特別なステップではありません。そして、予備的なデモンストレーションでさえ、建築用ガラスへの適用や、スマートウォッチや電子書籍リーダーなどの低電力モバイル電子デバイスの充電に必要な性能基準をすでに超えています。確かに、すでに太陽光発電時計がキックスターターで宣伝されている.
すべてのガジェットが太陽光を利用して充電できる未来は、そう遠くないかもしれません。
画像クレジット:エスタープーン/Shutterstock.com
Edd は、インドのバンガロールに拠点を置くフリーランスの科学技術ライターです。彼の主な関心分野はエンジニアリング、コンピューティング、生物学であり、特にこれら 3 つの交差点に焦点を当てています。