太陽光で充電をめざす光蓄電池：東北大は材料を混ぜずに重ねて光で生む電圧を約1Vに

そうよ。ふつうは、この2つを別々に用意して、配線やほかの部品でつないでいるの。

太陽電池は光が当たると発電するけど、光の当たらない夜には何も作れないわ。だから昼に作った分を蓄電池にためておいて、要るときに取り出しているのよ。

光蓄電池は、発電と蓄電を1つの電池の中でこなすの。間をつなぐ部品や配線を減らせるから、小さく安く作れると期待されているわ。

ねらいは、インターネットにつながる小さなセンサーや、身につける機器よ。外から電源をつながなくても動き続ける装置を目指しているの。

それが難しいのよね。電池にためるには、外から電気を押し込む力が要るの。その力の大きさが電圧で、単位はV（ボルト）よ。
光蓄電池では、光が当たって生まれる電圧（光電圧）で、この押し込みをまかなうの。

そうなの。外から電圧をかけずに充電できるだけの光電圧を得ることが、大きな壁になっているのよ。

これまでの多くの光蓄電池は、光を吸う材料とためる材料を混ぜて電極を作っていたの。電極っていうのは、電池のプラス極やマイナス極にあたる部分ね。
その光電圧は、理屈の上で出せる上限の約1〜2Vを大きく下回っていたわ。

光が当たると、物質の中で電子が動けるようになって、もとの場所には穴が残るの。この2つを別々の出口へ運べば、電流として取り出せるわ。

2つはペアで消えてしまうの。光から受け取ったエネルギーは電気にならずに、熱として逃げていくのよ。

混ぜて作った電極は、出口の決まっていない混み合った部屋みたいなものね。2つがすぐ近くでぶつかり合って、外へ出る前に消えてしまうの。

層に分けた電極が、それを減らす方法なの。電子用と穴用の一方通行の通路を、別々に作るようなものよ。

ただ、実際の2つは人みたいに歩くわけじゃなくて、物質の性質で決まる向きに流れるの。だから、たとえは目安ね。

チームは水を使う亜鉛電池をもとに、並べ方の違う3種類の光蓄電池の電極を作ったの。
1つ目は、これまでと同じように混ぜて作った「混合型」よ。電子と穴が出会って消えることが多くて、光電圧は約0.01Vにとどまり、入った光のエネルギーの大部分が熱に変わったわ。

「二機能型」といって、1種類の薄い膜に、光を吸う役とためる役の両方を持たせているの。膜の中のしくみが電子と穴を動かして、光電圧は約0.1Vに上がったわ。

ええ、「積層型」よ。ある種類の太陽電池の層の重ね方をまねたの。

光を吸う層の片側に電子だけを運ぶ層を、反対側に穴だけを運ぶ層を置いているの。さらに、穴を運ぶ層の先に、ためる層を重ねたのよ。

積層型では電子と穴の通り道が分かれて、出会って消える分と熱の損失が抑えられたの。太陽の光をまねた光を当てると、光電圧は約1Vに達したわ。

並べ方の違いは大きな要因だけど、3種類は使った材料も違うの。だから、差のすべてが並べ方だけで生まれたわけじゃないわ。

そこは違うの。今回は外部の電源で電圧を一定に保って、そこへ光が生む光電圧を上乗せしてためたのよ。光の力だけでためきったわけじゃないわ。

発表資料が示した結果は、この方式でためることと、暗い所で電気を取り出す放電までよ。
約1Vの光電圧だけで充電しきれるかどうかは、今回の発表には含まれていないの。

今回の成果で充電器がいらなくなるわけじゃないわ。それでも東北大学は、層に分けて電子と穴の通り道を決めることが、光電圧の損失を抑える大きな役割を果たすと結論づけたの。
今後は、光を電力に変える効率と、長く使っても性能が落ちない耐久性を高めていくとしているわ。