ペロブスカイト太陽電池とは？
注目の科学技術や社会課題、今さら聞けないことや、なかなか説明しづらい素朴な疑問を、産総研のプロフェッショナルが分かりやすく解説します！
ペロブスカイト太陽電池という言葉を、ニュースで見かけるようになりました。薄くて軽く、曲げられる太陽電池として紹介されています。
ところでペロブスカイトとは、何なのでしょうか。新しく作られた素材そのものを指すと思っていると、少し外れます。この言葉が指しているのは、物質そのものではありませんでした。
もとは、鉱物の名前だった
産総研（産業技術総合研究所）の解説によると、ペロブスカイトは灰チタン石という鉱物の結晶を指す言葉でした。そしてこの鉱物の結晶が持つ独特の並び方を、ペロブスカイト構造と呼びます。
ところが同じ並び方をする結晶は、ほかにもありました。そこでいまは、この並び方を持つ結晶材料をまとめてペロブスカイトと呼んでいます。では、その並び方とはどんな形なのでしょうか。
立方体の頂点と中心と面に、3種類の席がある
理化学研究所の説明では、典型的なペロブスカイトの結晶は立方体の形をしています。そして原子やイオンが座る席は、3種類に分かれていました。
| 席 | 立方体のどこにあるか |
|---|---|
| A | 8つの頂点 |
| B | 立方体のちょうど中心 |
| X | 6つの面それぞれの真ん中 |
つまりこの言葉が決めているのは、どの席がどこにあるかという配置のほうでした。
席が同じなら、座る原子を入れ替えられる
席の配置さえ守れば、そこに座る原子や分子は入れ替えられます。産総研によると、この結晶をつくる物質の組み合わせや比率は数百種類にのぼるそうです。太陽電池では、たとえばヨウ化鉛とヨウ化メチルアンモニウムが材料に使われています。どちらも比較的安く、手に入りやすい材料です。
産総研は、太陽電池の効率と寿命を上げるために、この組み合わせを改良する研究も進めてきました。中身を選び直しても同じ名前で呼べるのは、名前が形を指しているからです。
太陽電池としては、塗って作れて軽い
では、この結晶は太陽電池の中で何をしているのでしょうか。太陽電池の中では、光が当たると電子と、電子が抜けたあとのプラスの穴が生まれます。それらが動くことで、電気を生み出す仕組みです。
いま主流のシリコンの太陽電池では、この役目をシリコンが受け持っています。ペロブスカイト太陽電池で同じ役目を受け持つのが、ペロブスカイトの結晶です。
ペロブスカイト太陽電池は、材料を塗ったり印刷したりして作れます。しかも結晶が集まった薄い膜でできているので、曲げに強いのが長所です。そのため軽いフィルムを土台にでき、重さは1平方メートルあたり1kg程度になると期待されています。シリコンの太陽電池の約10分の1です。
ただし寿命の短さと、大きな面積にする難しさが課題です。耐久性については、国立の研究機関であるNIMSが2024年2月に1cm角の電池での成果を発表しました。実際の使い方に近い高い温度の中でも、高い効率を保ったまま長い時間の発電を続けました。
まとめ
- ペロブスカイトは、もとは灰チタン石という鉱物の結晶を指していた
- いまは同じ並び方を持つ結晶材料の総称として使われている
- 並び方は立方体で、Aが頂点、Bが中心、Xが面の真ん中に座る
- 席の配置を守れば中身を入れ替えられ、組み合わせは数百種類にのぼる
- 太陽電池では、この結晶が光を受けて電気を生み出す役目を受け持つ
- 太陽電池としては塗って作れて軽いが、寿命と大面積化が課題
ペロブスカイトという名前が指すのは、立方体の頂点、中心、面の真ん中という3種類の席の並び方でした。席の配置が同じなら座る原子を入れ替えられるので、ひとつの呼び名の下に性質の違う材料が数百通り並んでいます。太陽電池の効率と寿命を上げるために組み合わせを改良する研究も、同じ形のまま中身を選び直す取り組みです。
この記事の内容は、産総研マガジンの解説記事（2025年10月31日更新）によります。結晶の形は理化学研究所の発表（2017年10月5日）、耐久性はNIMSの発表（2024年2月5日）を参照しました。
