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 トップページテクの雑学 > 第151回 カラフルでフレキシブルな色素増感型太陽電池 〜低コスト・低エネルギーで生産できる未来の電源〜
テクの雑学

第151回 カラフルでフレキシブルな色素増感型太陽電池 
〜低コスト・低エネルギーで生産できる未来の電源〜

 観測史上最高に暑く、長かった今年の夏もようやく終わりました。連日の暑さの中、地球温暖化防止のためのCO2削減と、そのためのクリーンエネルギーが改めて注目されています。

 光を電気に変えて利用する太陽電池は、クリーンエネルギーの代表格ですが、最近は、屋外の太陽光だけではなく、主に屋内の光を利用して発電する「色素増感型太陽電池」というものもあります。

「太陽電池」とはいっても仕組みは違う
 さて、この「色素増感型太陽電池」ですが、太陽電池といっても、屋外でよく見かけるシリコン電池を利用した太陽光発電パネルとは原理が異なっています。ですが、「光をあてると発電する」すなわち、光のエネルギーを電気エネルギーに変換するという点は共通しているので、「太陽電池」と呼ばれます。

 シリコン電池は、「N型半導体」と「P型半導体」という2種類の半導体を貼り合わせた形になっています。N型半導体とは、結晶内の不純物が電子を過剰に持っており、半導体結晶内での電荷の移動にその電子が使われるタイプの半導体です。一方、P型半導体とは、結晶内の不純物に電子が不足しており、半導体結晶内での電荷の移動には電子の欠損である「正孔」が使われるタイプの半導体です。

参考リンク
テクの雑学 第143回 「光の道」を通る光 〜半導体レーザーの仕組み〜

 さて、シリコン電池に光をあてると、N型半導体では、電子が発生します。逆に、P型半導体では、正孔が発生します。つまり、シリコン電池の中でも、N型半導体の側はマイナスの電荷、P型半導体の側はプラスの電荷を帯びることになり、電位差が生じます。そのため、両側に設置した電極に負荷をつなぐと、電流が発生します。


 一方、色素増感型太陽電池では、透明な電極に二酸化チタン粉末を焼き付け、そこに色素を吸着させた電極と、対極の間をヨウ素を溶かした電解質溶液で満たした構造をしています。


 光をあてると、二酸化チタンの表面の色素が光のエネルギーで励起され、電子を二酸化チタンに渡して酸化されます。二酸化チタンに渡された電子は電流となって流れ、もう一方の電極で電解液中のヨウ素イオンと結びつきます(還元反応)。さらに、そのヨウ素イオンが酸化されて電子を放出し、その電子が色素の陽イオンと結合して、色素を元の状態に戻します。このサイクルを繰り返すことで、発電します。


 色素を使って化学反応を利用し、電気を取り出す仕組みは、植物の「光合成」によく似ています。

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