太陽光によって衣服に電気を発生させることができるのでしょうか?

太陽が何をするのか知っていますか？

日光は私たちに光と暖かさをもたらし、植物の光合成を助け、細菌を殺すことができます...

他に何かありますか？もちろん！太陽の光で電気も作れる！

太陽光から電気を生み出すにはどうすればいいのでしょうか？

これには太陽電池について話す必要があります。この特殊な装置に太陽光が当たっている限り、吸収した太陽エネルギーを電気エネルギーに変換することができます。さらに、作業中に騒音や汚染物質を発生しません。これは非常に先進的で、汚染のないグリーンエネルギー技術です。

太陽電池はどのように見えるのでしょうか?

よく観察すると、屋根や電柱、広い空き地などに、多数の小さな黒い四角形で構成される大きくて薄いフラットパネル デバイスが見えることがあります。それらは太陽電池です。

現在、これらの太陽電池は基本的に超高純度結晶シリコンで作られています。ピンシリコンは砂から抽出され、携帯電話やコンピューターの「頭脳」（高性能チップ）に最も重要な材料です。

地上で使用されるだけでなく、宇宙にも衛星や宇宙ステーションに安定した電力を供給する太陽電池が数多く存在します。これらの太陽電池には通常、ガリウムヒ素と呼ばれる材料が使用されています。結晶シリコンよりも軽く、光を電気に変換する能力に優れています。我が国の天宮宇宙ステーションには我が国が独自に開発したガリウムヒ素太陽電池が使用されており、国際的にトップレベルに達しています。

そういえば、あなたも太陽電池を持ちたいですか？

この魔法のデバイスがあれば、長時間屋外にいても携帯電話やコンピューターのバッテリーが切れる心配はありません。現場で特殊な作業を行う人も、いつでも電子機器を充電できます。

しかし、楽しい旅の途中で、重くて壊れやすい「大きなもの」を背負って運ぼうとする人はいるでしょうか?

持ち運びできる柔らかくて薄い太陽電池を発明することは可能でしょうか?

例えば、電気を発電できる服や太陽電池傘など…

この質問は、北京大学の科学者、鄒徳俊教授にも尋ねられました。

ゾウ・デチュンは、私の国の光電子材料とデバイスの専門家です。重いソーラーパネルを衣服のように軽くて柔らかくすることはこれまでずっと夢に過ぎず、業界にとっても解決不可能な問題であると認識されていることを彼は知っています。世界の問題に挑戦してみませんか?

欲しい！

彼はこの挑戦に応えるために、多くの文献調査を行い、これまでの挑戦が失敗した理由を分析してまとめました。

ある日突然、彼は考えました。なぜ私たちはガラスのような透明な導電板に限定されなければならないのだろうか？光の吸収と伝導性の問題が解決できれば、材料を変更するだけです。こうして、「色素増感＋半透明スクリーン」という新しい構造の太陽電池モデルが誕生したのです。

言うのは簡単ですが、行うのは難しいです。彼が思い描いたような全く新しい構造の太陽電池には、加工技術はもちろん、加工装置も材料も既製品がなかった。技術的な要件を満たす導電性繊維やメッシュさえありませんでした。

それなら方法を見つけてください!このようなハイテク太陽電池の初期の実験材料が、実際には網戸工場から借りられたものだとは、誰も想像できないでしょう。

透明性といえば、ガラス窓以外にも、私たちの日常生活の中に透明なスクリーンがあるのではないでしょうか？そのため、スクリーンウィンドウは新しい技術的アイデアを検証するための最良のブレークスルーポイントとなっています。

しかし、ほとんどのメーカーのスクリーンはその要件を満たしていません。途方に暮れていたとき、偶然にも、ゾウ・デチュンはインターネットで、自分の要求を満たす金属繊維と金網を提供できる高級スクリーン製造業者を見つけました。

当時、人々はそれを改修に必要であり、緊急に必要だと考え、大型トラックで市に送った。雪の降る夜、両者は道端で出会った。

次に、科学研究チームはこれらの「苦労して手に入れた」宝物に取り組み始めました。当時の実験室の様子は本当に加工工場のようだったので、実験室の前を通りかかる学生たちはよく間違って鄒徳俊を「鄒先生」と呼んでいました。

すぐに、普通の金属メッシュで作られた太陽電池の試作品が開発され、それを専門の機器に接続してテストが行​​われました。

ああ、インジケータランプが点灯しています！

みんなとても幸せでした！彼らはこのプロジェクトに2年近く取り組んできましたが、初めて成功しました。この「スクリーンウィンドウ実験」は、金属線を太陽電池の基板として使用することが可能であることを証明しています。

しかし、このステンレスメッシュの電流は弱すぎるため、素材の柔らかさと強度が十分ではありません。まだ太陽電池の衣類を作るのに使える素材ではありません。

そこでゾウ・デチュンはチームを率いて懸命に努力を続けました。

研究を重ねた結果、柔軟な繊維を使って二重電極巻回構造の繊維太陽電池を実現するという新しいアイデアを世界で初めて提案した。

もちろん、アイデアを持っているだけでは十分ではなく、実際にテストすることも必要です。

私たちの前に立ちはだかるのは大きな技術的課題です。単一の編み込み可能な柔軟な繊維太陽電池を実際に作るためには、髪の毛とほぼ同じ太さの金属線に、紙のわずか 100 分の 1 の厚さのエネルギー変換材料の層を正確かつ精密に塗布する必要があります。これはミクロの世界における素晴らしい彫刻です！

課題に直面して、彼らにできるのは、装備を改良し、準備プロセスに取り組む方法を見つけることだけです。

そんな危機的な瞬間に、鄒徳俊は病に倒れた。しかし、実験は止められない！彼は手術を終え、体内に5本のチューブが挿入されたまま病院のベッドに横たわっていたが、まだ仕事のことが心配だった...

全員の共同の努力のおかげで、わずか数センチの細いワイヤーでできた、柔軟な繊維構造の太陽電池サンプルの最初のバッチが開発されました。

作業員が緊張しながらこのような細い電線を数本繋ぎ、小型ファンに接続すると、ファンが回り始めました！

チームは興奮しています!

彼らが実験結果を発表すると、世界中の同業者から大きな注目と評価を受けました。これにより、我が国は太陽電池技術の世界的リーダーになることができました。

研究が続けられ、現在ではファイバー太陽電池の長さは1メートルを超えています。

鄒徳俊氏は振り返り、「人々が考える勇気があれば、すべては可能になる。しかし、科学は単なる空想ではなく、実践的な取り組みが必要だ。実践して初めて、成果を達成できるのだ」と語った。

フレキシブルファイバー太陽電池は、「衣服を使って太陽光エネルギーを集めて発電する」という人々の夢を実現します。しかし、それが生活の中で広く活用できるようになるまでには、多くの問題を解決する長いプロセスが必要になります。

出典：重慶市産学研協力推進協会

著者：潘福生、中国工程院院士、重慶大学教授、重慶科学技術協会会長

レビュー専門家：重慶科学コミュニケーション専門家グループ主任専門家、重慶電子工学専門学校教授、茅毅氏

声明: オリジナルコンテンツと特別な注記を除き、一部の写真はインターネットから引用したものです。これらは商業目的ではなく、科学普及資料としてのみ使用されます。著作権は原作者に帰属します。著作権侵害があった場合は削除いたしますのでご連絡ください。