高効率ペロブスカイト薄膜太陽電池の衝撃

 

【夏野菜と冷製パスタ】

 

 


基本線パスダだが、素麺でも可。オクラとトマのアリーオーレソテーのリンゴ酢仕立て（上）、スイ
ートトマトとホウレン草、バジルとブリー（白カビ）チーズの冷製フェトチーネパスタ（下）、ホウ
レン草の代わりにオクラでも可。そして、夏休みのランチには、キンキンに冷やした白ワインかビー
ルが似合う。

ところで、猛暑の夏日はというと、写真／上のように、いんげんのごま和え、和風出汁かけ冷奴、マ
グロの堅煮、新生姜の甘酢漬けと至ってさっぱりとした料理になるが、これは鶏肉をはじめとする食
肉の農薬・抗生物質汚染を気づかってのアレンジとなっている。マグロの堅煮の食感はモコモコして
いて、マグロの角煮でもない我が家の独自料理である。やはり夏は和食に限るか？！

 

【オールソーラーシステム完結論 Ⅹ】

●高効率ペロブスカイト薄膜太陽電池の衝撃

前項の「オールソーラーシステム完結論 Ⅷ」で経済産業省・資源エネルギー庁は、高効率太陽電池の
実用化を支援（15年度から）を紹介したが、米国立再生可能エネルギー研究所（NERL）でも同様なこ
とが掲載されていた（"NREL Unlocking Secrets of New Solar Material"、2014.15.04）。この「NREL　新
ソーラーマテリアルの秘密をロック解除」では、高変換効率ペロブスカイト薄膜太陽電池の研究成果
を「ペロブスカイトの操作は自在で簡単」「コストを最小限に、変換効率を最大に」「わずか５年の
躍進 」と表現し取り上げている（「特集｜高効率ペロブスカイト薄膜太陽電池の衝撃」、環境工学研
究所 WEEF,2014.07.27）。例えば、「コストを最小限に、変換効率を最大に」では、「NRELは、2009
年の日本の宮坂力教授の色素増感型太陽電池の技術報告―3.8％の低変換効率―を注目したことに始ま
り、2011年、韓国の朴科学者のペロブスカイト型太陽電池で変換効率6.5％を達成。2012年には、スイ
スのマイケル・グラッツェルとらのグループは10％の、2013年には12.3％へと到達する。も注目すべ
きことは、少量の塩素を添加したことで、拡散距離が10倍も変化したことだ。と、朱研究員は話す。
そのことで、理想的な太陽電池の電子が長い拡散長をえることで、その層内にトラップされ、電子-正
孔対の再結合が免れる――彼は14.1％の変換率を達成するが、その後、韓国のソン・イルソクが16.2％
を記録し（下図参照）、最新記録で17.9％を達成した（上グラフをクリック）。

それでは、高効率ペロブスカイト薄膜太陽電池の研究見通しをどのように見ているのだろうか？NREL
の研究者は、２つの異なる方向からのペロブスカイト近づくと予測している。１つは、コストに関係
なく、可能な限り最善の半導体を作製する。２つめは、例えば、スプレー式の技術でできるだけ安す
くしようとするだろう。最適なトレードオフを発見するように、これらの領域では、最終的な融合を
試みるだろうと予測する。ペロブスカイト型太陽電池の理論上の最大効率は31％であるが、ペロブス
カイト型多接合セルさらに高い効率の達成も可能であり、目標は20％の変換効率で停止しない。目標
は28％以上にすべきだと。そのために、ラボ段階での小さなスケールでそれを完璧に実証し、その後、
経済的な工夫展開させるべきだろうとも話している――これはペロブスカイト型だけでなくシリコン
系でも無機化合物半導体系でも同じだとわたし（たち）は考えている――NRELでは、この新しい有望
な材料の探索や改善のために必要ないくつかの分野で世界トップクラスの専門家をもち、Ⅲ－Ⅴ族セル、量子
ドット材料、輸送;計算材料設計の知財を駆使し、そのバンドギャップを設計変更することが可能であ
り、実際に、NRELのペロブスカイの最新世界記録が大きく影響、それだけでなく、レンズ集光型ガリ
ウムインジウムリン化合物半導体型太陽電池部門で変換効率34％の記録を、６月には１サン下で、同
じセルで31.1％の世界記録を記録しているが、ペロブスカイト型太陽電池の大きい拡散長や、迅速な
電荷輸送性などの吸収特性は大変刺激的であるという。

●鉛の中枢神経毒性－末梢神経症状などのリスク

要約すれば、ペロブスカイト型の変換効率収量は、2009年の3.8％からはじまり、４年後には、現在16
％までに向上し、約４倍に逓増するが、これとは対照的に、シリコン系単結晶太陽電池の変換効率が、
開発開始から５年間で50％未満の向上であり、他の太陽電池形式でも、最初の数年の間は同程度の緩
やかな向上である。NRELの材料科学者は、さらなる材料の最適化を奨励する。例えば、セル中で鉛
を錫と交換することで、ペロブスカイト型多接合セルの効率を向上させることができ、より環境に優
しい材料への切り替えが可能であり、錫代替太陽電池ではより耐湿性が高まるということであるが、
ここで鉛と錫の有害性とその毒性を調べてみた。双方とも元素周期律表に従えば、第４Ｂ族に属し、
第６Ａ族のモリブデンとクロムのような１周期違いであるが、なるほど錫の方がリスクが少ないよう
に考えられる。

１．錫の中毒症状・毒性

無機スズ化合物の急性中毒は、缶ジュースや缶詰フルーツに高濃度のスズが含まれていたことによる
症例が世界各地にある。主な症状と徴候は、吐き気、嘔吐、下痢、疲労感および頭痛である。缶詰中
の食品が高濃度のスズを含む原因の多くは、硝酸肥料を施した土壌で生育された作物が高濃度の硝酸
根を含有したり、何らかの理由で缶のメッキが腐食されたことによる。

有機スズ化合物は、一般式 RnSn_X4－nで示されるが、R の種類と数により毒性は大きく異なる。そし
て無機スズ化合物よりはるかに強い。トリアルキルスズ、中でもトリメチルおよびトリエチル化合物
の毒性が強い。トリ体は脳血管関門を通過するので中枢神経系の障害、脳浮腫の原因となることがあ
る。トリ体の中毒症状としては四肢の脱力・麻痺、全身の振戦などである。経皮、吸入曝露ともに重
症例では激しい頭痛、強い嘔吐、心窩部痛を訴え失神状態に至る。モノ体の毒性は、ジ体およびトリ
体に比べ低毒性である。ジ体は皮膚、粘膜に対して刺激作用がある。テトラ体では一般にトリ体類似
の作用があるが、これは生体内で脱アルキルされ、トリ体の型になるためと考えられている。

有機スズ化合物の慢性中毒では、ブチルスズ化合物製造従事者が、曝露１６ヶ月目に味覚の減退を訴
え、その後８ヶ月間症状は進行した。その他の症状は後頭部の頭痛、鼻血、倦怠感、肩こりなどであ
る。

２．鉛の中毒症状・毒性

急性中毒は、鉛の短時間大量曝露によって起きるがまれである。初期症状として口腔内の収斂、口渇、
金属味がみられ、その後悪心、腹痛、嘔吐が続く。塩化鉛を摂食したときの嘔吐物はミルク状であり、
鉛の硫化物摂取では糞便が黒色になる。大量の鉛が急激に吸収されたときには、胃腸管内への体液損
失によるショック状態が見られることがある。急性の中枢神経症状としては感覚異常症，疼痛そして
筋力低下があげられる。急性重症溶血のため貧血やヘモグロビン尿が認められる。また腎臓障害の結
果、尿量は減少する。大量曝露後には、１～２日後に急死する例もある。この急性期を過ぎると身体
に吸収沈着した鉛による慢性症状が現れる。

典型的慢性症状としては鉛蒼白、貧血、鉛縁、鉛仙痛、鉛による伸筋麻痺、好塩基性斑点赤血球、コ
プロポルフィリン尿が上げられていたが、現在ではこのような症例をみることはあまりない。鉛は胃
腸管の平滑筋に作用し、消化管症状を呈する。その結果、食欲不振、腹部不快感そして頭痛があげら
れる。腸管の痙攣性収縮による痛みが鉛仙痛といわれるが、この鉛仙痛はしばしば便秘症状を伴う。

鉛の特徴的末梢神経症状として、神経筋症状や手首の伸筋麻痺（鉛麻痺）による下垂手がある。中枢
神経症状としては鉛脳症が重要であり痙攣や昏睡が見られ、病理的には脳の浮腫、血管の拡張や腫脹
等が見られる。鉛脳症はしばしば後遺症を残すといわれており、急性鉛脳症を呈した小児患者にCa－
EDTA などによるキレート剤治療を行ったとき４０％に神経学的後遺症がみられる。鉛による血液学
的影響は、①溶血性貧血と、②ヘム合成系への障害に大別される。


このように、高効率ペロブスカイト薄膜太陽電池の衝撃をわたしなりに理解はできた。今いっそうこ
れらの研究開発の動向に注視していく必要があるようだ。ところで、最近、テレビで民主党の代議士
（名前は忘れしてしまった）が、日本の太陽光発電量は原発１５基分―１基百万キロワットとして１
千５百万キロワットに相当――というから総原発を５４基とすれば約３０％相当になり、３年でとい
うことを単純勘案すれば、このままいけば、後７年の2021年には実質原発ゼロとなる上に、世界の技
術開発の進展では前倒しで実現する可能性が大きい。何よりも平均変換効率を１５％→３５％、コス
トを１０分１以下に逓減できれば「オールソーラーシステム社会」の実現は夢でなくなる。
  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　この項つづく