敗色濃厚になった日本のペロブスカイト太陽電池

【SCN投稿記事のスタンス】←タッチしてご確認ください。

技術で勝って価格で負ける典型的パターン

現在主流のシリコン素材の太陽電池は、おおむね基本的な技術開発は完了し、現在の変換効率が既に理論上のピークに近づきつつあって、完全に価格競争のフェーズへと移行した。原料となるシリコンの価格は半導体市況の活況とともに高止まりしており、マージンが悪化。日本を含む欧米企業は事実上の撤退を余儀なくされている。

また、シリコン素材の太陽電池はかなりの照度（明るさ）を必要とするため、屋内での設置は難しい。また大型のパネルを設置する必要があることから、設置する場所の制約も多い。

これらを解決する新しい太陽電池として期待されるのがペロブスカイト太陽電池だ。ペロブスカイト太陽電池は、光を吸収する材料にペロブスカイト結晶構造を持つ化合物を用いたもので、2009年に日本の桐蔭横浜大学の宮坂力特任教授（以下、宮坂教授）らが開発した。

ペロブスカイト太陽電池への期待が高まるが

ペロブスカイト太陽電池は有機系・色素増感太陽電池の一種で、その結晶構造から生成された電子の自由度がシリコン系太陽電池並みに高く、高効率の発電が可能だ。シリコン半導体とは異なり、シートのように薄いタイプの太陽光パネルを製造できる。また、材料価格の大幅削減が可能な上、製造プロセスを大きく簡素化できることから製造コストの大幅削減も可能だ。少ない光でも発電でき、軽量化もできることから設置場所の制約が少ないといった性質も脚光を浴びている。課題だった変換効率は20％台半ばと、シリコン系太陽電池と遜色のない水準に改善している。

一方で、現在高変換率を達成しているペロブスカイト太陽電池には、ペロブスカイト結晶構造を持つ化合物に鉛を用いている。鉛は有害物質で、厳密に管理された環境下でしか利用が認められず、広く屋内外で個人や企業が利用することができない。環境への対応を重視する「ESG（環境・社会・企業統治）」の考え方の広がりなどから、鉛を材料とする事業の資金調達も難しい。

世界的に鉛を使わない材料での高変換効率や高耐久性を目指した素材開発が行われており、スズを原料としたものの研究が先行しているが、依然として鉛との変換効率の差が大きく、決定的な素材とはなっていない。

世界の特許出願件数から中国が圧倒的に有利

ペロブスカイト太陽電池の研究開発は、最終的に日本の宮坂教授が完成させる前にも世界で行われてきた。その後、2009年に基本特許が発表されたことから一気に研究開発が加速した。ところが、2013年以降、中国を除いて特許出願件数は減少に転じる。通常、こうした画期的な発明が行われると、世界中で開発競争がしばらく続いた後に淘汰が起こるのだが、今回の欧米諸国の撤退は早かった。この背景には、中国の積極的な特許出願があり、仮に後続発明に成功したとしても、シリコン系太陽電池と同様の展開となり、中国勢に価格でかなわないと判断したことが大きいと思われる。

特許出願の中身を見ると、そのほとんどが装置（モジュール化）に係るものであり、素材そのものへの出願は多くない。このことは画期的な材料開発により、技術優位性の順位が変化する可能性があることを示唆している。一方で、素材開発が装置開発と表裏一体であり、安定した性能を確保するためには、装置開発の技術が重要であるといえるだろう。その点では、やはり特許出願で先行する国や企業が優位なのだとのこと。

日経X記事から抜粋