科学者らは熱蒸着プロセスを用い、可視光を通しながら太陽光から電気を生み出す極薄ペロブスカイト膜を作製した。(2026年7月27日公開)

太陽電池は今や屋根の上で一般的に見られるようになったが、都市部では、建物の外壁面などの垂直面に、太陽光を取り込む未利用の可能性が残されている。

しかし、その多くは透明または着色された窓で構成されており、従来の不透明な太陽光パネルでは置き換えることができない。

現在、シンガポールの南洋理工大学(NTU)の科学者らは、建物や車両に利用できる可能性のある半透明ペロブスカイト太陽電池を開発した。これにより、再生可能エネルギーの発電を日常の環境に取り込める可能性がある。

｢建物・都市空間は世界のエネルギー消費の約40％を占めています。そのため、建物の表面を無理なく発電資産へと変える技術への需要が高まっています｣と、NTUエネルギー研究所の再生可能エネルギー・低炭素ソリューションおよびエネルギー貯蔵クラスター長であるアナリサ・ブルーノ(Annalisa Bruno)准教授は述べた。

シリコン太陽電池に比べ、ペロブスカイト太陽電池は間接的な太陽光や拡散光の条件下でも効率をより保ちやすく、直射日光が限られる都市環境で役立つ性質を備えている。

ペロブスカイト太陽電池はいくつかの層からなり、太陽光を吸収して電気に変換するペロブスカイト層にちなんで名付けられている。この層の厚さを調整することで、セルの透明度を変えられる。

研究者らは、ペロブスカイト層の堆積を制御するため、熱蒸着と呼ばれるプロセスを用いた。熱蒸着では、真空チャンバー内で原料物質を蒸発するまで加熱し、その蒸気が表面に付着して薄膜を形成する。

この方法で作製されたペロブスカイト層の厚さは10nmから60nmで、従来のペロブスカイト太陽電池の約50分の1である。

熱蒸着は薄く均一な層を作り出し、現在広く用いられているスピンコーティング法より欠陥が少ない。将来的には、産業生産に向けて大規模化できる可能性もある。

｢この手法では、膜厚と均一性を高度に制御できます。半透明太陽電池をより大面積の用途へ広げるには、この制御性が必要になります｣と、独立した立場でコメントしたケンブリッジ大学の光電子工学教授サム・ストランクス(Sam Stranks)教授は述べた。

ペロブスカイトセルを試験する際、研究者らは透明性と効率のトレードオフを考慮する必要があった。ペロブスカイト層はエネルギーを吸収する役割を担うため、層が薄いほど、セルが吸収できる太陽光は少なくなる。

研究チームは、厚さ60nmのペロブスカイト層が最良のバランスを示し、可視光の約41％を通しながら、太陽光の7.6％を電気に変換することを見いだした。研究者らによると、これは同種の太陽電池で報告されている性能としては最高水準の一つである。

｢熱蒸着を精密に制御することで、太陽電池の透明度を調整できます。これにより、発電する着色窓など、持続可能な建築の新たな可能性が開かれます｣と、筆頭著者のルーク・ホワイト(Luke White)博士は述べた。

この技術が性能を維持したまま大規模化できれば、外観を大きく変えることなく、オフィスビルの大きなガラス外壁や窓を置き換えることができ、太陽光発電に利用できる表面を拡大できる。

研究チームはこの極薄ペロブスカイト膜の開発について特許を出願しており、現在は企業と連携して、産業利用に向けた熱蒸着プロセスの標準化に取り組んでいる。商用化に先立ち、ペロブスカイト太陽電池の長期安定性と大面積での性能の向上を続ける計画だ。