自動車、輸送、および産業の使用による世界の総エネルギーは、平均エネルギーの約16,000 GW4であり、これは膨大な量のエネルギー消費です。したがって、化石エネルギーの使用による環境汚染の排出を削減するには、環境に優しい代替エネルギー源を見つけることが不可欠です。太陽エネルギーは、需要に対して十分な潜在的なエネルギー源です。10％の太陽電池の効率を考慮し、太陽電池パネルで全体の土地面積の1〜2％だけを使用する場合、全世界に電力を供給するのに必要な量よりもまだ何倍もあります。今日普及している太陽電池の技術はシリコン半導体から製造された不透明な太陽電池であるため、不透明な太陽電池パネルを設置する主な問題は、十分な太陽電池パネルを設置するために大きな面積を使用することです。ソーラーパネルの設置エリアは、土地にソーラーパネルを設置したり、ソーラールーフトップを設置したりするなど、大きなオープンスペースでなければなりません。地上またはソーラーファームでのソーラーパネルの設置位置のほとんどは、実際の使用場所から遠く離れていることが多く、エネルギー供給の損失につながります。さらに、ソーラーファームの設置は、農業または森林地域の使用に対する脅威となる可能性もあります。また、屋根へのソーラーパネルの設置は、建物の表面から十分に活用されていません。
透明な太陽電池技術は、あらゆる種類のガラス製品に適用可能です。したがって、従来の太陽電池の設置面積の制限を排除した技術です。透明な太陽電池は、建物のガラス、自動車のフロントガラス、スマートモバイルスクリーン、タブレット、または時計に取り付けることができます。大都市のさまざまな建物のすべてのガラス面に透明な太陽電池が設置されている場合、建物は小さな電力計画になり、建物自体で使用する電力を生成したり、送電網で共有したりできます。透明な太陽電池である自動車のガラスから生成された電気は、エンジンの負荷を軽くするために使用できる。これにより、数キロメートルの走行距離を伸ばすことができます。画面上の透明な太陽電池により、モバイルデバイス、スマートフォン、タブレット、または時計を日中より長く使用できます。また、ソーラーファームの農業地域への影響については、透明な太陽電池を適用して温室を作成し、植物を栽培することもできます。
透明な太陽電池は、色素増感太陽電池を備えたガラスコーティング技術であり、可視光の透過率を最適化すると同時に、電力変換用の紫外（UV）および（図1に示すとおり）電力変換用近赤外（NIR）光スペクトルの波長選択吸収を最大化することを目的としています 。したがって、透明な太陽電池はガラス窓と太陽電池の両方として機能し、同時に発電します。
透明な太陽電池は2種類に分類されます；非波長選択技術は、可視光を含む幅広い太陽光スペクトルを吸収し、また0〜50％の限られた平均可視透過率（AVT）、または、可視光が吸収される方法に応じて、50〜90％のAVTを達成する波長選択アプローチを実現します。
以下の表1は、製造方法に基づいた各透明太陽電池をまとめたものです。スクリーン印刷色素増感太陽電池（DSSC）、電気泳動堆積（EPD）、および浸漬コーティングはすべて、フッ素ドープ酸化スズ/インジウムドープ酸化スズ（FTO / ITO）ガラス上に二酸化チタン（TiO2）の薄膜を堆積する方法です。スクリーン印刷では、透明度はスクリーンメッシュデザインによって制御されます。波長を選択できる透明な太陽電池の場合、UVおよびNIR光スペクトルを吸収し、構造体を介して可視光を透過することに焦点を当てた近赤外有機光起電力（OPV）などの効率が低く、透明発光太陽電池（TLSC）、ポリマー太陽電池は、NIRポリマー材料とPCBMのヘテロ接合構造を有している。半透明太陽電池は、量子ドット太陽電池、ペロブスカイト、タンデム半透明ペロブスカイトなど、低透明性が必要な用途に適しています。
透明な太陽電池は、不透明な前の太陽電池の設置面積の制限を通過しましたが、実際の効率は未だ非常に低いです。したがって、この非常に低い効率は、商業用途で透明太陽電池を使用することが未だにできない重要な要因です。透明な太陽電池技術の80％以上はまだ開発中であり、次のイノベーターなどの市場のPVと互換性を持たせるためには、さらなる改善が必要です。Brite Solar –温室農業の変化を目標に提供しています。Onyx Solar –は、特定の色、形、透明度を選択できる見事な建築デザインで完全にカスタマイズ可能なソーラーガラスを提供します。Physee – PowerWindowを生成する。これは、窓の周囲に不透明な太陽電池パネルを配置するだけで、透明な太陽電池を作成する困難を回避します。
PowerWindowを使用すると、ユーザーはウィンドウ上のUSBから直接デバイスを充電できる。また、システムにはアプリでアクセス可能であり、各ウィンドウのパフォーマンスをレポートし、外部の気象条件を常に監視し、それに応じて適応する。MIT卒業生によって設立されたユビキタスエネルギーは、窓に置くことができる薄いプラスチックのような材料として透明な太陽電池を研究開発することを目的としています。この技術は、今後5年間で電子機器などの小さなアプリケーションに対応できることが期待されています。2これまでのところ、ユビキタスエナジーは、厚さ1000分の1ミリ未満のフィルムで、90パーセントの透明度と10パーセントの効率を達成することに成功しています。3
Pachern Jansa (Asst.Prof.) – School of Engineering, Sripatum University
1 Alaa A.F. Husain et. all “A review of transparent solar photovoltaic technologies”. Renewable and Sustainable Energy Reviews vol.94 (2018) pp.779–791
2 Edgar A. Gunther “Making PV transparent: The ultimate BIPV solution?”. Retrieved from: https://www.pv-tech.org/editors-blog/making-pv-transparent-the-ultimate-bipv-solution
3 Mona Bushnell “How Transparent Solar Panels Affect Construction Companies”. (2018) Retrieved from: https://www.business.com/articles/transparent-solar-windows-construction/
4 Richard Lunt “See-Through Solar Harvesting Surfaces”. (2015) Retrieved from: https://www.youtube.com/watch?v=5Vx59VLc98E&t=113s