京都大学の浅野卓工学研究科准教授、野田進同教授、大阪ガスの共同研究グループは2016年12月27日、熱エネルギーを太陽電池が効率よく発電できる波長の光に変換することに初めて成功したと発表した。これにより、熱エネルギーを利用した発電技術の効率向上が期待できる。

 一般に物質を加熱すると物質内部の電子の熱運動が激しくなり、さまざまな波長の光を放出(熱輻射)するようになる。熱輻射の一種である太陽光も可視光線だけでなく、紫外線や赤外線などさまざまな成分を含んでいる。一方、一般的な太陽電池が効率よく電気に変換できる光は、太陽光の広い波長成分のごく一部、可視光線と近赤外線の境界付近の光のみで他の成分は有効に利用できない。そのため、一般的な太陽電池の発電効率は20%前後に留まっていた。

 今回の共同研究では、半導体材料であるシリコンを用いてフォトニックナノ構造を形成することで、高温にしたときに太陽電池が効率よく発電できる波長の光だけを放出する熱輻射光源を開発することに成功した。太陽光を集光して本光源を加熱した場合、集められた光エネルギーのすべてが太陽電池にとって有効に利用できる光に変換されて放出される。そのため、その光を太陽電池で受けて発電すると40%以上の非常に高い効率が期待される。また、熱源は太陽熱に限らないため、燃焼熱等を用いても同様に高効率な発電を行うことができる。

 この成果は、2016年12月24日に米国科学雑誌「Science」の姉妹紙である「Science Advances」に掲載された。また、同年2月には光学に関連する世界最大級の国際会議SPIE Photonics WESTにおいて、持続可能社会の実現に寄与する革新的な研究に与えられる賞「Green Photonics Awards」を受賞した。

京都大学

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大学ジャーナルオンライン編集部

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