日本が磁場を「検知」する太陽電池を開発

太陽電池技術における画期的な進歩が、日本で発表されました。試作デバイスが外部磁場の影響によって発電電流を制御できるというものです。この新しいセルは、従来のp-n接合ではなく、2次元半導体層であるMoS₂と磁性材料層であるCrPS₄の積層構造におけるバルク光起電力効果を利用しています。

通常の光条件下では、このバッテリーはバルク太陽電池のように動作し、光を電気に変換します。バッテリーの表面に磁場（例えば、磁石や磁場発生コイルをデバイスの近くに置くなど）を加えると、電流の強さが瞬時に変化し、増加、減少、あるいは完全に遮断されます。

この機能により、ダイオードやトランジスタなどの追加の制御コンポーネントを必要とせずに、電力出力をリアルタイムで調整できます。

製造プロセスでは、MoS₂とCrPS₄のシートをバルク結晶から機械的に剥離し、その後、乾式転写技術を用いて2つの層をファンデルワールス構造に精密に組み立てます。完成したデバイスに光を照射し、様々な磁場強度下で電気特性を測定します。

結果は、光変換効率が従来のシリコンセルの平衡限界よりも高いだけでなく、磁場を変えるだけで電流を柔軟に制御できることも示しています。

この技術の大きな利点は、設計のシンプルさと柔軟性です。複雑な制御回路を必要とせず、パネルは薄く軽量で、簡単に曲げられるため、ガラス面、屋根、さらにはモバイルデバイスの筐体に接着することができます。

潜在的な用途としては、自己発電センサー、エネルギー効率の高い木材、電力を自己制御するスマートガラス、超薄型バッテリーを必要とする多くの IoT デバイスなどが挙げられます。

磁場電流制御技術は、低照度または光が断片化された環境下でも性能向上を期待できます。バルク光起電力効果と磁場制御能力を組み合わせることで、現在の太陽電池の性能限界を克服する可能性が開かれます。

プロトタイプはまだ実験段階ですが、その潜在的な用途は多くの国際的な研究機関や企業から関心を集めています。今後は材料の最適化、動作温度範囲と磁場範囲の拡大に焦点を当てた実験を行い、今後5～10年以内の大規模生産を目指します。

太陽光発電容量が急速に拡大しているベトナムでは、この技術が実用的なメリットをもたらす可能性があります。磁気制御パネルは、屋根、窓、モバイル充電ステーションなどに容易に組み込むことができます。分散型グリッド（スマートグリッド）で電力バランス調整が必要な場合、バッテリーは余剰電力が発生した際に自動的に切断し、必要に応じて負荷を補うために容量を増加させます。これにより、送電損失の低減とシステムの安定性向上につながります。

磁気制御バッテリーは、民生用途に限らず、研究、環境センサー、あるいは柔軟な電源を必要とする自律型ドローンといったエネルギープロジェクトにも適しています。磁場を用いて電流を瞬時にオン/オフできる能力は、世界的なグリーン化とデジタル化の潮流に沿った、スマートな「スーパーバッテリー」の世代を生み出すことが期待されます。

磁気制御型太陽電池技術が実用化されれば、再生可能エネルギー産業に新たな転換点をもたらすでしょう。パッシブソーラーパネルから、環境と相互作用する「アクティブ」なエネルギーデバイスへと進化を遂げるでしょう。これは、スマートシティ、自己制御型エネルギービルディング、そして未来の様々なアプリケーションの基盤となり、持続可能なエネルギーエコシステムの構築に貢献します。

出典: https://khoahocdoisong.vn/nhat-ban-phat-trien-pin-nang-luong-mat-troi-nhan-dien-tu-truong-post1551512.html