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量子ドット太陽電池

量子ドット太陽電池とはどのような特徴を持っているのでしょうか?メリット・デメリットも解説しています。

量子ドット太陽電池とは

量子ドット太陽電池とはシリコン系や化合物系、有機系の太陽電池とは異なり、非常に小さな「量子ドット」と呼ばれる半導体を使って発電する太陽電池です。量子ドットは直径10nm程度(10億分の1メートル)のサイズで半導体微結晶と呼ばれます。

量子ドットは他の半導体にはない独特の電気的・光学的な特徴を持っているため、他の半導体の理論的な変換効率よりも高い変換効率が得られると期待されている物質です。

量子ドット太陽電池

他の太陽電池は異なる素材を重ね合わせてさまざまな波長の光を吸収し変換効率を高めているのに対し、量子ドット太陽電池は単一の接合素子でさまざまな波長の光を吸収することが可能で、しかも吸収率が高いところが特徴です。

中間バンド型の量子ドット太陽電池では、量子ドットが詰まった中間バンド層に太陽の光が当たることによって電気エネルギーが生まれます。量子ドットは太陽電池は電子を閉じ込めることによって生まれる「量子効果」を利用することにより、他の太陽電池では吸収できない波長の光を吸収できるようになっています。しかも光のエネルギーを昼間バンド内で再度使用することも可能なので、より高い変換効率を実現させています。

量子ドット太陽電池のメリット

量子ドット太陽電池の最大のメリットは、理論上で他の太陽電池よりも圧倒的に変換効率が高いというところです。

実用化されているGaAs太陽電池でも300倍の集光効果によって44%の変換効率ですが、量子ドット太陽電池の理論上の変換効率は最新の研究では75%まで高められています。

太陽電池モジュールの種類 変換効率
多結晶シリコン型 12 ~ 16%
GaAs太陽電池 28 ~ 44%
量子ドット太陽電池 18 ~ 75%

2020年には変換効率30%、2030年には変換効率60%を目標に研究が進められており、今最も注目されている太陽電池です。

また量子ドット太陽電池が実現化され普及するようになると、より高い断熱効果をもたらすメリットを期待できます。量子ドット太陽電池は他の太陽電池に比べて光の吸収率が高いので、屋根材に太陽のエネルギーが伝わりにくくなります。

量子ドット太陽電池のデメリット

量子ドット太陽電池はまだ実用化がされておらず、実用化に向けてさまざまな課題が残されています。非常に小さな粒子の量子によって構成するため、大量に生産する製造方法などがまだ確立されていません。

製造コストも不透明な状態であるため、製品化した場合にどれくらいの価格になるかもまだ分かりません。製品化された当初は価格が非常に高くなるというデメリットを秘めています。まだまだ研究段階の太陽電池ですが、高い変換効率の実現のためにさまざなな分野と複合的に研究が進められています。

量子ドット太陽電池のまとめ

  • 非常に小さな粒子の量子ドット半導体によって発電する太陽電池
  • 理論上の変換効率がとても高いというメリットがあり研究が期待されている
  • 実用性に向けてさまざまな課題が残っており今後の研究に期待される

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