機能と美| 豊橋技術科学大学教授伊﨑昌伸先生

豊橋技術科学大学工学部機械工学系教授伊﨑昌伸先生

機能と美

豊橋技術科学大学
工学部機械工学系

教授伊﨑昌伸先生

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30分のミニ講義を聴講しよう！太陽光がひらく未来

太陽から地球には膨大なエネルギーが降り注いでいます。このエネルギーを電力に変換する太陽電池は広く普及していますが、より効率よく変換する、もしくは水素に変換する方法の研究開発が活発です。太陽光を電力や水素に変換する光電変換装置を概説します。

先生からのメッセージ

高校では化学と物理は別の授業で習いますが、実は密接に関わっています。今まで勉強してきた点と点とが、1本の線につながる、それが大学での学びの面白さです。
高校生で人生の進路を決めることは難しいですが、可能性を自分で狭くする必要はありません。今は間口を広げて、興味のあることを勉強し、得意分野を伸ばしましょう。そこから世界が広がります。学校で教わることは過去に誰かが積み上げたもので、未来の教科書に載るものが今の研究です。今まで誰も実現していない新エネルギーを、一緒に作り上げていきませんか。

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夢ナビ講義も読んでみよう高効率の太陽光発電で実現する地球に優しいエネルギー環境

太陽光発電にはいろいろな方式がある太陽光発電は、石油や石炭のようにはCO₂を排出せず、資源が枯渇する心配もないことから、クリーンな再生可能エネルギーとして期待されています。
現在主流の太陽光発電は「結晶シリコン系太陽電池」です。しかし大量の高純度シリコンが必要なため、コスト面からさまざまな新方式の太陽電池の開発が進んでいます。例えば、半導体の薄膜で構成された「薄膜太陽電池」は、膜の厚さが2～3μmほどで結晶シリコン系の100分の1程度の厚みです。また、ほとんどの素材が銅や亜鉛などからの酸化物でできた「酸化物太陽電池」は、低コストで製作できるメリットがあります。太陽光発電の変換効率を上げるための研究太陽光発電が光エネルギーを電気に変換するときの効率を「変換効率」といいます。薄膜太陽電池や酸化物太陽電池の普及には、変換効率を高めることが必須です。そのための研究が、世界中で活発に行われています。
例えば、ナノレベルで原子や分子をきれいに並べることで、材料の持つ電気的・光学的な性質をさらに引き出すことができます。また、電気化学反応で溶液から酸化物を直接作り出し、太陽電池の素材に利用する技術も注目されています。こうした研究から、例えば2006年ではたった1％だった酸化物太陽電池の変換効率は、10年で約10倍もの高効率化が進みました。高効率化で水素発電にも応用酸化物には、水中で太陽光を当てると水を水素と酸素に電気分解できる特性があります。太陽光での発電自体は日中しかできませんが、高効率化が進めば、発電とともに生産する水素を活用し、24時間稼働する水素発電システムを構築することも可能です。
従来の水素発電は大規模な発電・送電施設が必要でしたが、これなら水と太陽だけで水素を生み出せます。しかも化石燃料を使わず、CO₂も排出しません。日本の各地に分散して小規模発電所を建設すれば、各地域の環境・エネルギー問題を一気に解決することも夢ではないのです。