Solar energyは、水力と風力に続く第3の再生可能エネルギー源として、化石燃料に代わるクリーンかつ持続可能で強力なエネルギーとして浮上してきました。 地球に降り注ぐ太陽光は、世界の総エネルギー使用量の1万倍以上にもなり、太陽エネルギーをできるだけ多く収穫する技術が急成長している。 1954年にベル研究所が初めて商業用のシリコン（Si）太陽電池を作成して以来、今日最も一般的な技術は、さまざまな形態のSiベースの太陽電池を使用し、太陽光の最大20％を電気に変換しています。
IEAの市場分析によると、太陽光を電気に変換するプロセスである太陽光発電（PV）の発電量は2018年の585TWhから2019年には720TWhに達し、2025年には最大1940TWhに成長すると予測されています。 現在の世界の太陽光発電の最大容量は592GWで、世界の発電量に2.2%貢献しています
現在および今後の革新的な材料は何ですか
典型的な太陽電池は、p型およびn型シリコンなどの半導体材料に、外部回路に接続したpn接合を積層させたものです。 パネルに太陽光が照射されると、シリコンから電子が放出されます。 放出された電子は内部電界によってp-n接合と外部回路に流れができ、電流（電気）が発生する。 市場の急成長と独創的なアプリケーションの開発により、低コストで最大の太陽光発電効率を達成するために、革新的な太陽エネルギー材料のR&Dはピークに達している。 5790>
Crystalline Silicon
Crystalline Silicon (c-Si) は、太陽光パネルで最も使用されている半導体材料で、世界の太陽光発電市場の 90% 以上を占めていますが、効率は理論限界 (~30%) を大幅に下回っています。 代替となる低コストで高効率な材料を用いた太陽電池が登場している。
米国再生可能エネルギー研究所（NREL）は、III-V多接合材料（目標効率>30%）およびハイブリッドタンデムIII-V/Si太陽電池を含む高効率結晶系PVの開発を牽引している。 同社の6接合III-V太陽電池は、集光下で47.1%の効率に達している。 さらに、Siベースのバイフェイシャル技術は、パネルの両側から太陽エネルギーを収穫することができ、標準的なパネルと比較して11％高い効率を実現します。
Thin Films
第2世代の薄膜太陽電池は、その狭い設計（標準のSi-パネルに比べて350倍の光吸収層）、軽量、柔軟、および設置の容易さから、最も有望なPV技術の1つとして登場してきています。 一般的に、CdTe（カドミウムテルライド）、アモルファスシリコン、CIGS（銅-インジウム-ガリウム-セレン化物）、GaAs（ガリウム-ヒ素）の4種類の材料が使用される。 CdTe はカドミウムによる毒性が懸念されますが、CIGS 太陽電池は、住宅および商業施設においてより有望な高効率で経済的な選択肢であることが判明しており、効率は最大 21% です。
Ascent Solarは、高性能CIGSモジュールの製造におけるトッププレイヤーの1つであり、その超軽量で極限のCIGS技術は宇宙、航空宇宙、政府、公共部門で使用されている。
ペロブスカイト太陽電池
次世代太陽電池の中でも、ハイブリッドメタルハライドペロブスカイト太陽電池（PSC）は、低価格、薄型設計、低温処理、優れた光吸収特性（微弱光や拡散光下で優れた性能）により大きな注目を集めている。 PSCは、柔軟性、軽量性、半透明性に優れている。 特に、ペロブスカイト薄膜は印刷も可能で、スケーラブルな高スループット製造につながり、最近のロール・ツー・ロール印刷PSCは、印刷PSCの中で最高の効率12.2％に達しています。
注目すべきは、ペロブスカイトと Si-PV を組み合わせた材料で、Oxford PV が実証したように、実験室条件下で最高 28% の効率を記録していることです。 安定性と耐久性が主な懸念事項として残っているが、最近の低コストなポリマー-ガラススタック封止システムによって、標準的な動作条件に耐えることができるようになった。 PSCはまだ商業化されていませんが、ソーラー エネルギー市場の将来を牽引する、経済的および効率的な大きな利点を有しています。
画期的な統合型太陽電池技術とは？
革新的な材料とは別に、太陽エネルギーを最大限に収穫する創造的な方法も出現しています。 たとえば、スイスの新興企業Insolightは、パネルの保護ガラスに光学ブースターとして統合レンズを使用し、光ビームを200倍集中させながら30%の効率を達成しています。
また、最近の開発では、パネルから光学的に結合した深宇宙をヒートシンクとして照射される熱を利用して、夜間に発電できるサーモラディエーションPVデバイス（逆ソーラーパネル）の試作品を設計しています。
興味深いことに、革新的な材料とともに、標準的な屋上設置以外の統合的アプリケーションも台頭してきており、現在はまだ初期段階にあります。 たとえば、太陽熱蒸留は、統合された膜蒸留アタッチメントがあれば、パネルからの放熱を利用して水を浄化しながら太陽エネルギーを採取することができます。
将来のもう一つの変革的な技術は、ソーラー塗料で、ソーラー塗料水素（太陽光発電の水分解からエネルギーを生成）、量子ドット（太陽光発電塗料）、ペロブスカイト系塗料が含まれる可能性があります。
さらに、透明なソーラーウィンドウは非常に革新的なアプリケーションであり、ユビキタスエナジー社は、その透明材料で太陽光から電気への変換効率10％を達成している。 この技術のパイオニアであるミシガン州立大学のデモンストレーションは、こちらの動画でご覧いただけます：
低コストで高性能な半導体材料、省スペースな薄膜、簡単に設置できる技術などが急速に発展し、今後5年間で太陽エネルギー市場は急成長すると予想されています。 パンデミックによる後退はあったものの、2024年までに太陽光発電設備のコストを15%から35%削減できると予想されることは心強いことであり、この再生可能エネルギーをより手頃なものにできるかもしれません。
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