トマトの色素がソーラーパネルの効率向上の鍵となる可能性がある

Jun 09, 2023

シン・ジョンホ/iStock

太陽光発電の主な欠点の 1 つは、ソーラー パネルの効率が異なることにあります。

「ソーラーパネル効率」および「太陽電池効率」という用語は、各太陽光発電技術が使用可能なエネルギーに変換できる太陽光の量を指します。

通常、太陽電池の効率は 15% ～ 22% の範囲ですが、配置、天候、その他の自然条件、および使用する太陽光発電システムの種類によって異なります。

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しかし、ここ数年、太陽光発電技術の必要な進歩がその数字を上げるのに役立っています。

2022 年、この分野で最も驚くべき発見の 1 つは、トマトを赤くする色素であるリコピンがペロブスカイトベースの太陽電池の効率を 20.57 パーセントから 23.62 パーセントに高めることを発見した中国の研究者チームによるものとされています。

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いくつかの種類のソーラーパネルは他のものよりも優れた性能を発揮します。

現在、ほとんどの商用ソーラーパネル (約 90%) はシリコンベースです。これは、最長 25 年間耐久し、多くのメンテナンスを必要としないため、比較的費用対効果の高いオプションであるためです。

ただし、効率が 20 ～ 25% を超えることはほとんどありません。

シリコンベースのソーラーパネルにはいくつかの種類があります。

アモルファスシリコンソーラーパネル。市場で最も安価な代替品の 1 つであるこの種のソーラー パネルには、半導体材料として機能するアモルファス シリコン (a-Si) と呼ばれる非結晶形態のシリコンの薄膜が含まれています。 太陽電池の効率はおよそ 6% ～ 13% です。

多結晶シリコンソーラーパネル。これらのソーラーパネルには、高純度の多結晶シリコンの破片が含まれており、一緒に溶かされて薄いスライスになり、太陽電池を形成します。

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これらのシリコンベースのソーラーパネルには多くの結晶が含まれているため、電子が結晶を通過するのが難しくなります。 したがって、このタイプのソーラー パネルの効率は通常約 13% ～ 16% です。

単結晶シリコンソーラーパネル。これらのソーラーパネルはウェーハ状に構成された純粋な単結晶シリコンで構成されており、色は濃い黒色で、効率は約 17 ～ 24 パーセントです。 ただし、その製造は複雑で高価になる可能性があります。

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次に、光吸収層としてペロブスカイト構造の化合物で作られたペロブスカイト太陽電池パネルがあります。 これらはチタン酸カルシウムの結晶構造に基づいた化合物であり、さまざまなカチオン（正に荷電したイオン）を埋め込むことができます。

ハロゲン化鉛ペロブスカイトを使用して作られたペロブスカイト太陽電池パネルは、低コストでシリコンベースの太陽電池パネルよりも効率的です（効率は約25パーセント）。 ただし、湿気、熱、光、その他の要因によって簡単に劣化します。

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これらのソーラーパネルは寿命が短いため、現在市場での競争力がありません。 それでも、パネルの他の特性は有望であり、科学者たちはパネルの安定性、耐久性、効率を向上させる新しい方法の探索を諦めていません。

そこで登場するのが「トマトの色素」リコピンです。

リコピンは天然の抗酸化物質です。 そのため、フリーラジカルの原因となる化学反応である酸化を抑制します。

フリーラジカルは、不均一な数の電子を持つイオン、原子、または分子です。 これによりそれらは不安定になり、DNA を変化させる反応が活性化され、生体に細胞損傷が生じる可能性があります。

リコピンは、太陽の紫外線によって生成されるフリーラジカルに結合し、フリーラジカルをより安定させます。 このようにして、色素は皮膚組織の細胞損傷を軽減し、トマトや他の赤い果物を紫外線から守ります。

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これを知った中国の研究者らは、リコピンが紫外線によるペロブスカイト太陽電池パネルの劣化を軽減し、耐久性を高めることができるのではないかと仮説を立てた。