推进光催化太阳能电池的实用化——提高电池性能的因素得到确定！

千叶大学大学院融合理工学府研究生二年级的漆馆和树、理学研究院的泉康雄教授、工学研究院的小岛隆准副教授等组成的共同研究小组，揭示了光催化剂晶体的极化率和催化活性是提高两极使用光催化剂^1）的高电压型太阳能电池性能的重要因素。

迄今为止，该研究小组研发的光催化太阳电池的单电池^2）可以达到2.11V的电动势，这是其他太阳能电池和燃料电池所无法达到的。另外，将这些成果组合进行发电，有望用作能安装在室外，且对环境负荷少的备用电源。

这项研究成果已于2020年1月27日刊登在美国化学会主办的《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》第8卷第3期上，并被用作该期封面（图1）。

化石燃料的使用导致大气中的CO₂浓度日益升高，由此造成的全球变暖对生态系统的负面影响令人担忧。

为实现社会的可持续发展，人们需要摆脱对化石燃料的依赖，向可再生能源转型。其中，将太阳能转换成电能的太阳能电池^3）和将氢等化学能源转换成电能的燃料电池⁴⁾在发电过程中不会产生CO₂，因而备受重视并得到广泛的研发。

然而，现有的这类电池中，大部分的单电池的电动势都在1V以下，为了投入实际使用，必须将其串联。虽然利用光催化太阳能电池^5）实现高效、低价的太阳能电池的研究一直在进行中，但由于光催化太阳能电池对光电极的电化学特性的平衡要求极高，过去一直未探明提高其性能的因素。

图1 杂志封面上本研究的示意图

示意图中间展示的是高电压型太阳能电池，两侧（黄绿色）的光电极上覆盖有光催化剂薄膜。该示意图表明，负极（右侧）上的氧化钛晶体在施加交流/直流电时越容易极化，且越容易将水催化转换成氧气时，电池的电动势和输出功率就越高。正极（左侧）上的氧氯化铋晶体具有将氧气还原成水的作用。