ソーラーパネルの超・低価格化を、ナノ技術が切り開く

Photo courtesy of Paul Takizawa, the Zettl Research Group, Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley

太陽光発電の大規模な普及を阻害している要因が2つある。

1つは、余った電力の蓄電と送電の必要性 。WIREDでも紹介したダニエル・フォンのような人物は（日本語版関連記事）、革新的な蓄電技術を開発することで、この問題を解決しようとしている。もう1つは、ソーラーパネルのコストが高いこと 。ソーラーパネルがこれほど高価な理由の1つは、太陽光を電気エネルギーに変換するのに使われる半導体から、電流を取り出すのが厄介なことにある。

これまで電流の取り出しは通常、シリコンなど一部の物質でしかできなかった。しかし、最近明らかにされた新たなブレークスルーにより、半導体の素材の違いに関係なく、発電効率の高いソーラーパネルをつくれる可能性が出てきた。金属酸化物や硫化物、りん化物など、安価で豊富に存在する材料で発電効率の良いソーラーパネルをつくれるようになるかもしれない。

シリコンを材料とする通常のソーラーパネルは、製造の際に「ドーピング（doping）」と呼ばれる化学処理が施される。ソーラーパネルのセルから電気を取り出すのに必要な原動力が、この処理によってつくりだされる。ソーラーパネル自体は安価な物質で作ることもできるが、現状これらの多くはドーピングをすることができない。

しかし、カリフォルニア大学バークレー校ならびにローレンス・バークレー国立研究所の研究者グループが開発した方法では、化学物質の代わりに電界を利用することで、ほとんどあらゆる半導体から電気を取り出すことが可能になるという 。この方法は、最近発行された「Nano Letters」誌に掲載された論文の中で解説されている。

この論文の筆頭著者であるウィル・リーガンによれば、電界がドーピングに利用できることは半導体業界では昔から知られていたものの、これまでの電極のデザインではソーラーパネルには応用できなかったという。研究者グループでは、半導体のドーピングを可能にする新たな電極を設計する方法を見つけ出した。

「グラフェンは思いつきだった」とリーガン氏は説明する。グラフェンとは高い伝導力を持ち、厚さが原子1個分の炭素原子シートのこと 。ゼトル・リサーチ・グループのメンバーらは、シリコン製のソーラーパネルの透明電極としてグラフェンで実験し始めてから、印加電界によって半導体に直接影響を与えることができることを発見した。彼らは極薄の伝導体が利用できるとわかってから、幅が狭いものでも応用できると気づいたという。この論文では、電極の作り方についてグラフェンを利用したものと、極めて細いナノワイヤーを利用したもの の2つが解説されている。

TEXT BY KLINT FINLEY
TRANSLATION BY 中村航

WIRED NEWS 原文(English)