再生可能エネルギーが世界的に求められるようになり、太陽光を電気エネルギーに変換する太陽光パネルは、サステナブルなエネルギーの象徴として急速に普及しています。しかし、その製造や廃棄に伴う環境への影響は無視できないもので、活発な議論の中心となっています。こうした課題に対処するために、環境に優しい太陽光パネルの開発が進められています。その中でも近年注目を浴びているのが、ペロブスカイト太陽光パネルです。
本コラムでは、関連特許にも触れつつ、ペロブスカイト太陽光パネルの特徴と環境への利点、さらには太陽光パネルの廃棄やリサイクルの課題について解説します。
ペロブスカイト太陽光パネルの特徴
ペロブスカイト太陽光パネルは、近年、次世代の太陽電池技術として注目を集めています。この技術は、ペロブスカイトと呼ばれる特殊な材料を使用して太陽光を電力に変換するものです。ペロブスカイトは、組成式AMX３（Aは１価のカチオン、Mは２価のカチオン、Xはハロゲンアニオン）で示される構造体で、高い光吸収率と電荷移動特性を備えています。そのため、比較的薄い層でも高い効率で太陽光をエネルギーに変換することができます。太陽光パネルとして利用可能である代表的なペロブスカイト型光吸収材料として、CH3NH3PbI3（通称MAPbI3）や(NH2)2CHPbI3（通称FAPbI3）が挙げられます。
（参考論文）
Jeong-Hyeok Im, 他４名、”Nature Nanotechnology”（米国）、2014年11月、第9巻、p.927-932
また、ペロブスカイト太陽光パネルは、環境に対する多くの利点を持っています。
低コストの製造
ペロブスカイト太陽光パネルの製造プロセスは、従来のシリコン太陽電池に比べて単純で、低コストで実施できます。これにより、エネルギーの生産コストが削減され、再生可能エネルギーの普及が促進されます。例として、ペロブスカイト太陽光パネルはスピンコート法により、液膜を塗りつけることで薄いパネルを作成することができます。
（参考リンク）
https://core.ac.uk/download/pdf/199686055.pdf
https://engineer.fabcross.jp/archeive/190529_kyoto-u2.html
高い光電変換効率
ペロブスカイト太陽光パネルは、高い光吸収率と効率的な電荷移動特性を持つため、太陽光を効率的に電力に変換できます。これにより、同じ面積でより多くのエネルギーを生み出すことが可能です。
柔軟性と軽量性
ペロブスカイト太陽光パネルは、薄膜で柔軟な材料を使用しているため、建築物の外壁や窓ガラスに統合することができます。また、軽量性もあるため、施設への負荷を最小限に抑えることができます。
太陽光パネルの廃棄とリサイクルの課題
太陽光パネルの普及に伴い、その製造後の廃棄やリサイクルが問題となっています。従来のシリコン太陽電池においても、リサイクルの難しさや廃棄物処理の課題が指摘されてきました。ペロブスカイト太陽光パネルも同様に、環境への影響を最小限に抑えるために、廃棄とリサイクルの問題に取り組む必要があります。
特に、上述した通り、代表的なペロブスカイト太陽光パネルにはPb（鉛）が含まれています。廃棄やリサイクルにおいては、環境中への鉛の漏出を防止しなければならず、この課題に対していくつかの特許が出願されています。
リサイクル技術の開発
ペロブスカイト太陽光パネルのリサイクル技術の開発が進行中です。この技術は、材料を効率的に分離し、再利用可能な部品を取り出すことを目指しています。リサイクル技術の進展により、廃棄物の量を削減し、リソースの有効活用を実現できるでしょう。
（参考特許） 特許6997705号
廃モジュールから基板を回収して、初期の高い光電変換効率レベルに再製作することを可能にする技術
https://www.j-platpat.inpit.go.jp/c1800/PU/JP-6997705/F95A693BF4697FDBEC5A1E69D99267265EA367989C9F6F3A55FA4ADD588BDDF8/15/ja
（参考特許）US2023/0088203A1
鉛など、有毒な金属イオンを吸収するためのポリマー・多孔質テンプレート複合材料を備えたペロブスカイト太陽電池。本発明を適用した太陽電池モジュールを意図的に破壊する実験を行ったところ、鉛がテンプレートに捕捉され、漏出を抑えることが可能であることが確認された。
https://www.j-platpat.inpit.go.jp/c1800/PU/US-A-2023-0088203/09DF181B537D5E9282EA9728544CBB71DEABE78255AD7CE1CC7A13D47FBA1EAB/50/ja
廃棄物の適切な処理
廃棄される太陽光パネルは、適切に処理されるべきです。鉛をはじめとした有害物質のリークや環境汚染を防ぐために、専門的な廃棄物処理施設が必要です。さらに、廃棄物の最終処分方法を検討し、環境への影響を最小限に抑える工夫が求められます。
（参考特許）特開2017-222913
鉛およびハロゲンの含有物から鉛を回収する方法の発明。実施例として、ペロブスカイト太陽電池をハンマーで破砕して、そこから鉛を効率的に回収している。
https://www.j-platpat.inpit.go.jp/c1800/PU/JP-2017-222913/DB33520E16C398618DAE87DA4E71F7FC3686043EB0DAF66A140565A8CD9AD1C2/11/ja
未来への展望
ペロブスカイト太陽光パネルは、環境に優しい太陽光発電の未来を開く可能性を秘めています。その高い効率と低コストの製造プロセスは、再生可能エネルギーの普及に大きく貢献すると考えられます。
しかし、環境への影響を最小限に抑えるためには、リサイクル技術の発展や廃棄物の適切な処理に関する技術開発が不可欠といえるでしょう。
ライター
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