NIMS「使える！メルマガ」145号

物質・材料研究の『使える!メールマガジン』

vol.145

2024.5.20

今月の一枚

有機半導体結晶の開花

野に咲く一輪の花のように見える物体。実は、導電性高分子「テトラアニリン」を垂直に成長させた時に現れた有機半導体結晶アート。ポール状に伸びた有機半導体結晶は、全方向からの光を吸収する「光アンテナ」の機能を持つ。陽の光を全身で集める様は、まさに春の草花のよう。この新しい結晶成長技術が、太陽エネルギーの吸収効率を劇的に向上させようとしている。

今月のメニュー

※Yahoo!メールのWEBブラウザ版をお使いの方は、
下記のリンクをクリックせずにスクロールしてお読みください。

→ HOT TOPICS（NIMSの旬な情報）

→ 今、この材料がアツい！ Vol.17
「ペロブスカイト太陽電池」

→ オトナの科学本
『数学者たちの楽園:「ザ・シンプソンズ」を作った天才たち』

NIMSの最新情報をお届け！

NIMS一般公開2024
「材料で、世界を変える」研究所大公開

「材料で、世界を変える」研究所 NIMSの"凄さ"を体感できる、年に一度の一般公開が5月26日（日）に開催 !
今年は2019年以来5年ぶりに3地区すべてを公開。公開ラボ数はなんと60以上 ! 公開世界中の研究者垂涎の材料を生み出す「超高圧3万トンプレス機」や、ギネス世界記録®に認定された試験を行う「クリープ試験機」など、貴重な装置も見学できます !
参加希望の方は、NIMS一般公開特設サイトから参加登録をお願いします !

....and more!

	嗅覚センサと機械学習で、呼気から肺がんの有無を予測
	プレスリリース　2024/04/25

	ガラスがより硬く割れにくく変身する過程を直接観測
	プレスリリース　2024/04/19

	発電するゲル「ゲル-エレクトレット」の創成に成功
	プレスリリース　2024/04/18

	研究者を目指す大学院生を応援 !
	プレスリリース　2024/04/16

NIMS公式ウェブサイト

材料の潮流をつかめ！

Vol.17

ペロブスカイト太陽電池

高い変換効率、耐久性、有害物質フリー。多くの壁を乗り越えて実現する次世代太陽電池 !

一見、何の変哲もない太陽電池。だが、これは単なる太陽電池ではなく「ペロブスカイト」と呼ばれる結晶構造の物質を使った「ペロブスカイト太陽電池」。最も普及している「結晶シリコン太陽電池」にはない優れた特徴が期待される次世代太陽電池だ。

今や一般家庭の屋根の上にソーラーパネルが乗っている光景は見慣れたものとなった。現在、社会に普及している太陽電池の多くは「結晶シリコン太陽電池」。そして今、開発競争が激化して注目を集めているのが「ペロブスカイト太陽電池」だ。製造プロセスが簡易な上、軽量で柔軟なデバイスが制作できるペロブスカイト太陽電池は、発電効率も結晶シリコン太陽電池に引けを取らない。

図中の茶色い部分が、ペロブスカイト太陽電池の主体であるペロブスカイト結晶。ここで発生した電子と正孔が、上下の電子輸送層と正孔輸送層にそれぞれ流れて電流として取り出される。

ではなぜペロブスカイト太陽電池は社会に普及していないのか。その理由は、酸素、水、高温などにより耐久性が大きく低下してしまうから。ペロブスカイト太陽電池はペロブスカイト層を電子輸送層と正孔輸送層で挟んだ構造をしている。光を受けると電子と正孔が生じ、それぞれの輸送層で運ばれて電流として取り出される。しかし、酸素や水が侵入することで、ペロブスカイト層と電子輸送層の界面の結晶に欠陥が生じて発電効率が大きく低下してしまうのだ。この課題に立ち向かったのが、NIMSの白井康裕グループリーダーだ。

ペロブスカイト層と電子輸送層の界面に電子顕微鏡でようやく確認できるほど薄い「2Dペロブスカイト」を塗布。酸素や水、熱に対する耐久性が向上した。

耐久性を向上するために白井が着目したのは極薄のペロブスカイトと有機アミンが交互に重なり合った「2Dペロブスカイト」。「2Dペロブスカイトは酸素や水に対して非常に安定である代わりに電子の動きを阻害してしまいます。でも2Dペロブスカイトが細かい粒子になるように制御した上で、ペロブスカイト層の表面にごく薄く散りばめれば、電子の動きを阻害することなく酸素や水、熱から守ることができると考えました」と白井は語る。

この結果、実用環境に近い60℃の高温下で20％以上の発電効率と、1,000時間もの連続発電を1cm角サイズのペロブスカイト太陽電池で実現。世界に先駆けて、ペロブスカイト太陽電池で高い耐久性を達成した。さらに、白井は人体に有毒な鉛を使用しない"鉛フリー"のペロブスカイト太陽電池の開発にも着手。鉛の代替候補であるスズの酸化をコントロールする添加剤を独自に開発し、2023年に世界で初めて国際標準試験期間から認証値（12.08％）を得るという快挙を遂げた。

また、白井は企業と共同でシリコン結晶太陽電池やペロブスカイト太陽電池を組み合わせた多接合型の太陽電池の開発にも取り組んでおり、「それぞれの太陽電池の得意な波長域の光を電気に変換することができれば、発電効率35％以上の達成も夢ではない」と語る。

世界標準の評価サイズ（1cm角サイズ）のペロブスカイト太陽電池の発電効率測定。2Dペロブスカイトの導入により、60℃の高温環境において発電効率20%以上、1,000時間もの連続発電を実現。

再生可能エネルギーを支える太陽電池。夢の材料を実社会へ送り出すため、白井は目の前の壁をひとつずつ乗り越えてゆく。

アツいペロブスカイト太陽電池の世界

★NIMS NOW Vol.24 No.1 エネルギー・環境材料研究センター号
P.10「Research3 「ペロブスカイト太陽電池」実用化の壁に立ち向かう」

★プレスリリース（2024.02.05）
ペロブスカイト太陽電池で高い光電変換効率と長期耐久性の両立へ大きな前進

どっぷり浸かるサイエンスの世界

オトナの科学本

『数学者たちの楽園：「ザ・シンプソンズ」を作った天才たち』

サイモン・シン著／新潮社発行

国際・広報部門広報室松井龍也のおススメ！

アメリカ中流階級家庭を舞台に繰り広げられる風刺コメディアニメ『ザ・シンプソンズ』。デフォルメされた黄色いキャラクターデザインが苦手、という人も多いみたいですね。アメリカ的なユーモアがわかりにくいよっていう話もよく聞きます。でも、実は『ザ・シンプソンズ』のストーリーを考えているのが、ハーバード大学を中心とした数学博士らによる脚本家チームだって聞いたらちょっと興味が湧きませんか？

本作は『ザ・シンプソンズ』の制作裏話から、作中に散りばめられた数学ネタの数々、それらにまつわる数学よもやま話まで、理系の言葉に極力頼らず軽妙に解説してくれます。数学に造詣が深くなくても楽しめる理系サブカル本として成立しているあたりは、さすが『フェルマーの最終定理』や『暗号解読』でお馴染みのサイモン・シンの筆力と青木薫の名訳によるところ。毒気のあるユーモアの隙間に隠された数学者たちの知的なイースターエッグを存分に楽しめる名著です ! この本をきっかけに『ザ・シンプソンズ』自体も好きになってほしい !

	あらすじ超人気アニメに隠された、驚くべき数学の世界 ! アニメ『ザ・シンプソンズ』は、実は超難解な“数学コメディ"で、シナリオを作ったのはなぜか“ハーバードの博士"たちだった !

- 読書案内人 -

★松井龍也（まつい・たつや）

国際・広報部門
　広報室　

NIMSの発信するプレスリリース、広報誌『NIMS NOW International』の編集、メールマガジンの配信、各種イベント企画・運営を通じて、NIMSの魅力を発信する。

「サイエンスって、難しいというイメージが先行してると思うんです。難しさより先に"面白さ"を知ってほしい、そう思いながら広報業務に従事しています。科学はそもそも面白い、知識があればなお楽しい。目指すは科学広報界の淀川長治です ! 」

※本メールマガジンは、配信を希望された方にのみ、お届けしております。
※本メールマガジン掲載のテキスト、画像、または一部の記事の無断転載および再配布を禁じます。

国立研究開発法人物質・材料研究機構(NIMS)　広報室
〒305-0047　茨城県つくば市千現1-2-1

登録解除