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» 2016年10月27日 07時00分 UPDATE

蓄電・発電機器:「太陽熱光起電力発電」で世界トップ級、発電効率5.1%を達成 (1/2)

東北大学の研究グループが幅広い波長の光を含む太陽光を、太陽電池に最適な波長の熱ふく射に変換して発電する「太陽熱光起電力発電」システムで世界トップレベルの発電効率を達成した。安価で高効率な太陽電池の実現につながる成果だという。

[陰山遼将,スマートジャパン]

 東北大学大学院工学研究科の研究グループは2016年10月25日、幅広い波長の光を含む太陽光を、太陽電池に最適な波長の熱ふく射に変換して発電する「太陽熱光起電力発電(Solar-thermophotovoltaic:Solar-TPV)」システムにおいて、世界トップレベルの発電効率5.1%を達成したと発表した。多接合太陽電池とは異なる概念による高効率太陽光発電の実現につながる成果だという。

 太陽から放射される光(熱ふく射)は、幅広い波長分布(スペクトル)を持っている。しかし単接合太陽電池は、使用される半導体材料のバンドギャップより短波長の光しか電気に変換できない。つまりバンドギャップより長波長の光は電気に変換されず損失となってしまう。

 一方で、太陽電池を複数枚重ね合わせた多接合太陽電池は、吸収できる波長域を拡げることで幅広い波長分布を持つ太陽光スペクトルを無駄なく電気に変換できる。しかしながら、多接合太陽電池は作製が難しく、単接合太陽電池に比べ生産コストが高いといった課題がある(図1)。

図1 多接合太陽電池と Solar-TPV システムの特徴出典:東北大学

 開発したSolar-TPVシステムは、まず集光太陽光により太陽光選択材料・波長選択エミッタが加熱された後、波長選択エミッタからの感度波長域に合わせた熱ふく射により光電変換セルが発電を行う。太陽光を一度熱に変換することにより、太陽光のもつ光子エネルギー総量を保存したまま、別波長の光(熱ふく射)へ変換するのが特徴である。これにより、安価な単接合太陽電池を用いても高効率な発電が可能になる(図2)。

図2 Solar-TPV システムの概要図 出典:東北大学
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