タンデム型太陽電池技術（新型のペロブスカイト電池と標準的なシリコン電池の組み合わせ）は、化石燃料から持続可能な エネルギー源への世界的なエネルギー転換を早める可能性がある。
研究者らは、こうした太陽電池の組み合わせについて、記録的な発電変換効率を相次いで報告している。ヘルムホルツ・ツェントルム・ベルリン（HZB）のチームは30%超の効率を報告しており、理論上は40%も可能とされている。
気候変動の緩和に緊急に取り組むためには、世界の政策が、太陽電池の研究開発および製造産業に対して長期的なコミットメントを示し、市場の安定性を提供する必要がある。
太陽エネルギーは豊富で再生可能なエネルギー資源である。実際、地球に1時間で降り注ぐ太陽光には、世界が1年間に必要とするエネルギーを上回る量のエネルギーが含まれている。太陽光は、光起電力セル（一般に太陽電池として知られる）と呼ばれる装置によって直接電気に変換できる。従来のシリコン系太陽電池は世界中で使用されている。しかし、さらなる技術進歩がすでに進行中である。
現在、タンデム型太陽電池技術、具体的には超薄型のペロブスカイト太陽電池を標準的なシリコン太陽電池の上に重ねる構造は、太陽光を電気に変換する効率において記録を更新している。タンデム型太陽電池の発電変換効率は現在30%を超えており、専門家は、これらの先端的な太陽光発電が、再生可能エネルギーへの急速な転換において大きな役割を果たすと指摘している。
「こうした非常に大きな進歩に、大いに期待しています」と、ドイツのヘルムホルツ・ツェントルム・ベルリン（HZB）でペロブスカイト・タンデム型太陽電池の若手研究者グループを率いるステファン・アルブレヒト氏は述べている。「この技術が、大規模な人口層だけでなく、今後数年間の気候変動対策にとっても、持続可能で手頃な価格のエネルギー供給に重要な貢献をもたらす希望を与えてくれています。ペロブスカイト・シリコン型タンデム太陽電池の大規模化と工業生産も実現可能だからです。」
世界経済フォーラムはクリーンエネルギーへの転換をどのように後押ししているのか？
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ペロブスカイトでより多くの光を捉える
今日のシリコン系光起電力技術は、太陽光のうち比較的長い波長の限られた範囲しか電気に変換できない。軽量で低コストの半導体化合物であるペロブスカイトは、シリコン太陽電池が取りこぼす短い波長の光を吸収するよう「調整」することができる。両者を組み合わせると、シリコン太陽電池の上に超薄型のペロブスカイト層を重ねることで、どちらか単独の電池よりも多くの太陽光を利用可能な電気エネルギーに変換できる。
要点は、ペロブスカイト層が可視光の全波長域［380～700 nm］を利用し、それを電流に変換することにある。一方、近赤外光［800～2,500 nm］はペロブスカイト層を透過し、その下にあるシリコン電池に達して電気エネルギーに変換される。こうして二つの電池が協調して働くことで、太陽電池の組み合わせは、その発電変換効率を30%超に高める（太陽光から変換されたエネルギー量が、入射する全エネルギーの30%に当たる）。理論上は40%も可能である。
HZBに加え、いくつかの他の研究機関や産業界のチームも、タンデム型太陽電池の効率向上に取り組み、成果を上げている：
29.8％ ヘルムホルツ・ツェントルム・ベルリン（ドイツ）（2021年12月）；
31.3％ スイス連邦工科大学ローザンヌ校（スイス）（2022年7月）；
32.5％ ヘルムホルツ・ツェントルム・ベルリン（ドイツ）（2022年12月）；
33.7％ キング・アブドゥラ科学技術大学、光起電力研究所、サウジアラビア・トゥワル（2023年4月）；
33.9％ LONGi Green Energy Technology Co., Ltd.、中国・西安市（2023年11月）。
シリコンと異なり、ペロブスカイトの特性は、製造業者が自社のニーズに最も合うよう調整（チューニング）することができる。ペロブスカイトを構成する材料の比率を変えることで、製造業者は特定の色を持ち、特定の波長域の光を吸収するペロブスカイトを作ることができる。また、ペロブスカイト電池は、シリコン電池と比べて大幅に薄く、軽く、製造コストも低い。
2050年までに75テラワットへの道筋
国連の気候科学パネルによる報告書によると、再生可能エネルギーは2050年までに電力の90%を「供給できるし、供給すべきである」とされ、これにより世界がパリ協定に基づく1.5℃の温暖化抑制と、気候変動の最悪の影響の回避を達成できる可能性が高まるとされている。
2050年までに、世界の電力需要は75テラワット（TW）に達すると予測されている。この需要を再生可能エネルギー源で満たすためには、光起電力産業が今後7年間にわたり年率25%で成長する必要がある。これは当然ながら、太陽電池の研究開発および製造産業に大きな負担をかけることになる。
2050年までに75TWは野心的な目標ではあるが、達成は可能である。太陽電池産業は3年ごとに年間生産量を倍増させてきており、新たな生産ラインの建設コストは世界的に50%低下している。昨年には、太陽電池由来の電力が初めて1TW発電された。次の1TWは2024年に達成される見込みで、2028年までには年間1TWの生産量が予測されている。
太陽光技術のコストも過去30年間で大幅に低下しており、タンデム型のペロブスカイト太陽電池とシリコン太陽電池を含む技術の進歩や、追加のコスト削減をもたらす公共政策がその要因となっている。しかし、2050年までに75TWを達成できるかどうかは、継続的な技術革新、コスト削減、そして政策の後押しに左右される。
より明るい未来に向けて
シリコン・ペロブスカイト型タンデム太陽電池の発電効率は、これまで高価なIII/V族半導体でしか達成されていなかった水準に、現在到達している。III/V族半導体は、人工衛星の電源や集光型発電所で使用されてきた。
タンデム型太陽電池の技術と製造は原理的に検証されたことから、現在の焦点は、実際の環境下でタンデム型太陽電池の性能を試験すること、そして光起電力産業の拡大を支える政策を推進することに移っている。
気候変動に関する政府間パネルは、光起電力技術を、世界のエネルギー転換に最も大きく、かつ最も速く貢献しうる再生可能エネルギーの解決策として位置づけている。また、国際エネルギー機関（IEA）のファティ・ビロル事務局長も、太陽光を世界のエネルギー市場の新たな王様と表現している。
太陽エネルギーには、確かに明るい未来が待っているかもしれない。しかし、HZBチームが訴えるように、「待つという選択肢はない」ため、タンデム型太陽電池やその他の光起電力技術を市場に投入するにあたっては、緊迫感を持ち続けることが必要である。
