太陽電池の価格は、何十年にもわたって下落しています。現在、この傾向は、染料分子で光を捕らえる 20 年以上前のソーラー技術の改良から押し寄せる可能性があります。
この進歩は、「過去数年間の色素細胞における最も重要なブレークスルーの 1 つです」と、ペンシルバニア州立大学ユニバーシティ パークの化学者 Thomas Mallouk は述べています。彼はこの研究には関与していません。
太陽電池市場の 80% は、入射太陽光のエネルギーの約 20% を電気に変換する結晶シリコン ウエハーから作られたセルで占められています。市場の残りのほとんどは、製造コストが安くなるが、有毒または希少元素を必要とするさまざまな半導体合金から作られた「薄膜」セルで構成されています。
スイスの研究者によって 1991 年に最初に開発された第 3 のクラスの太陽電池は、最も安価に製造でき、効率は 12% 以上です。色素増感太陽電池 (DSSC) として知られるこれらのセルは、何百万もの密集した二酸化チタン ナノ粒子で構成され、それぞれが単層の色素分子でコーティングされています。次に、二酸化チタンと染料の組み合わせを、電解質と呼ばれる可動イオンを含む導電性の液体に浸します。
光子がこれらの細胞に当たると、色素内の電子にエネルギーが与えられます。これらのエネルギーを与えられた電子は、すぐに二酸化チタン粒子に飛び、次に電極に飛び、そこで電気回路に入り、電力を供給します。これにより、色素分子に電子空孔が残ります。これは、電解質からのエネルギーの少ない電子で満たされ、対極からの電子で補充されます。
従来の液体電解質は、色素に電子を渡すのに優れていますが、液体には別の問題があります。それらはしばしばデバイスから漏れ出し、通常は金属電極を腐食する化合物を含んでいます。これらの問題を回避するために、研究者は漏れたり他のコンポーネントを損傷したりしない固体電解質を開発しました。残念なことに、これらの材料は導電率が低くなる傾向があり、その制限により、効率は目立たない 6% に抑えられています。
イリノイ州エバンストンにあるノースウェスタン大学の研究者たちは、もっとうまくやれると考えました。化学者の Mercouri Kanatzidis は、IBM などの科学者が何年にもわたって優れた固体電気半導体を開発していることを知っていました。そこで彼は、ノースウェスタン大学の同僚で材料科学者のロバート P. H. チャンと協力して、これらの化合物の 1 つであるセシウム、スズ、ヨウ素のフッ素添加混合物を試しました。彼らは化合物を有機溶媒に溶解し、DSSC 内の染料でコーティングされた二酸化チタン粒子に注ぎました。次に、溶媒を蒸発させ、セシウム-スズ-ヨウ素の組み合わせを結晶化させます。研究者がオンライン Nature で今日報告しているように 、彼らのデバイスの効率は10％を超えており、商業的成功の最低基準と見なされることがよくありました.
Mallouk は、新しい研究が太陽電池市場を一夜にして変える可能性は低いと警告する。しかし、新しい固体色素電池は、従来の太陽電池と液体色素電池の一種のハイブリッドです。そしてそれは、安価で効率的で耐久性のあるソーラー デバイスを作成するための新しい道を開く可能性があると彼は言います。
