(경산성 자료에서)

애초에 페로브스카이트는?

미네랄의 이름입니까?
원래는 그렇게 발견한 레프 페로브스키(러시아의 귀족, 광물학자: 1792~1856년)의 이름에서 유래한다. 주성분은 티탄산칼슘(CaTiO3). 칼슘과 티타늄, 산소로 만들어진 무기 화합물이다. 드문 구조를 하고 있기 때문에【아래 이미지 왼쪽(오른쪽은 페로브스카이트 태양전지의 실물)】, 같은 결정 구조를 가진 것의 총칭이 되고 있어, 이들 금속의 산화물로 이루어진 페로브스카이트는 강한 유전성을 나타낸다 이 특징으로, 가까이에서는 잉크젯 프린터의 인쇄 헤드 등에 사용되고 있다. 마찬가지로 산화물 대신에 요오드(I) 등의 할로겐으로 이루어진 페로브스카이트라고 하는 것이 있다(예를 들면, CsPbI3 등). 이들은 인공적으로 합성할 수 있으며, 일부는 빛을 흡수하면 발전을 하는 것이 있다.

이 할로겐화 페로브스카이트는 용제에 녹기 때문에, 녹인 원료를 바르고 건조하고 얇은 막으로 하면 발전에 사용할 수 있다. 예를 들어 플라스틱 필름 등에 원료를 바르는 것으로 얇고 가벼운 페로브스카이트 태양전지를 만들 수 있으며, 이를 생활의 여러 장소에 설치함으로써 빛이 닿으면 높은 변환 효율로 전력을 만들 수 있다 . 【아래 이미지】

현재 보급되고 있는 반도체 실리콘을 사용한 태양전지와는 조성도 제조방법도 전혀 다르며, 그 특징을 비교하면 맨 위 일러스트와 같다.

조금 본 것만으로도 기대가 있을 것 같습니다만, 연구하려면 어떤 것을 배워야 할까요?
R&D 분야는 광전기화학으로 불린다. 화학 속의 "물리화학" 분야에 있는 "전기화학"에서 태어난 영역에서 빛이 관련된 전기화학이라는 의미. 반도체를 전극에 사용한 물의 광분해는 그 전형적인 예. 덧붙여서 영어 표기는 Photoelectrochemistry. 2004년에 시작한 벤처 펙셀 테크놀로지스 주식회사는 그 이니셜에 셀(셀)을 더한 것이다.

페로브스카이트 태양전지 발명

재료를 유리판이나 플라스틱 필름 위에 붙이거나 인쇄하는 것만으로는 매우 갑작스러운 아이디어로 보입니다만, 언제, 어디에서, 누가 생각했을까요?
발명에 이르는 전단을 말합시다. 저는 대학원 박사과정을 광촉매 등으로 유명한 혼다 켄이치 선생님 ※1의 연구실에서 보내고, 수료 후 일본 유수의 필름 메이커에 취직했다. 식물의 광합성을 광전기화학으로 시뮬레이션하는 연구를 거쳐서. 단지 기업의 연구소이기 때문에 뭐든지 했다. 인공망막이나 리튬 이온 XNUMX차 전지의 연구 개발은 대표적인 것. 제품화에는 이르지 않았지만, 모두 원리를 해명해 「사이언스」에도 게재되었다. 물론 나 혼자의 힘은 아니지만. 이 기간 동안 준비만한 연구가 회사 사정으로 중단되는 등 힘든 추억도 있다. 뭐 조직의 일원이니까, 사명에 따르는 것은 당연하지만.

대학의 연구와는 다른 것이군요. 그래서 전직을?
결국 45세가 지나 전직을 생각했지만, 그 무렵에 주어진 테마가 색소증감 태양전지였다. 은염의 사진의 고감도화에 사용하는 색소 증감 기술을 사용해 태양전지를 만드는 아이디어로, 화학으로 만드는 태양전지의 대표이며, 발전의 구조로서는 페로브스카이트의 선배에 해당한다. 단지 개인적으로는 별로 승차하지 않았다. 액체(전해액)를 사용하기 때문에 액 누출이나 내구성에 문제가 있다고 예상했기 때문이다. 발명자는 마이클 그레첼 교수※2. 1991년에 논문을 발표한 그는 지금도 연구를 계속하고 있으며, 최근에는 변환 효율도 14%까지 높이고 있다. 별로 전력이 필요없는 기기라면 충분히 움직일 수 있는 값으로 상품화도 되고 있다.
※1 1925~2011년, 도쿄대학교수, 교토대학교수, 도쿄공예대학교수, 동학장, 1972년의 「혼다-후지시마 효과」 등으로 알려져 있다. 산화티타늄에 광촉매의 성질이 있음에 주목하여 수많은 발견·발명을 리드했다.
※2 Michael Grätzel：1944년～스위스 연방공과대학 로잔 교수

여기에서 페로브 스카이트에 어떻게 연결되어 갈까요?
지금까지의 이야기로 눈치채는 사람도 있을지도 모르지만, 광촉매도 광합성도, 색소 증감도 빛의 에너지를 산화 환원 반응으로 화학이나 전기의 에너지로 바꾼다. 광합성은 이산화탄소와 물을 포도당으로, 광촉매는 산화티탄을 반도체로 사용해 물을 분해하여 산소와 수소로. 염료 증감 태양 전지와 페로브스카이트 태양 전지는 빛을 직접 전기 에너지로 바꾼다. 여기서도 전자의 수송에는 산화티탄이 사용된다. 전자는 가시광선을 흡수시키기 위해 색소를 사용(산화티탄은 자외선 밖에 흡수하지 않기 때문에), 후자는 가시광선을 빨아 발전하는 반도체로서 페로브스카이트를 사용해, 이것을 전극에 바르고 인쇄하는 것으로 전지가 할 수 있다.
모두 연결되는 것이군요!
저는 회사를 그만두고 이 대학으로 옮겨지자마자 소개한 벤처기업을 만들었지만, 연구실과 거기의 양륜에서 색소증감 태양전지도 연구하고 있었다. 그런 나의 앞에, 색소 대신에 페로브스카이트를 사용해 보고 싶다고 하는 젊은이가 나타났다. 일본에서 사진기술교육의 전통을 가진 도쿄공예대학의 석사과정에 있던 코지마 요히로군에서 페로브스카이트를 연구하고 있었다. 소개해준 것은 도쿄 공예대에서 교원을 하고 있었지만 펙셀사의 구인에 응모, 입사해준 테지마 켄지로씨다. 나는 코지마군의 이야기를 듣고, 「어떤 것인지 모르지만, 빛 기능이 있다고 하는 것으로, 아무도 하고 있지 않는 방법이니까, 시험에 실험해 보는 것은 어떨까」라고 그를 받아들이고, 학외 연구원 라는 형태로 와주기로 했다.

상당히 과감했습니다. 전통이 있는 대학이나, 대규모 대학에서는 생각할 수 없기 때문입니다.
그래, 여기는 소규모이기 때문에 소회전이 낫다. 거기에 수험에 실패한 아이들도 많기 때문에 그들의 자극이 될 것이라고 생각했다. 물론 이상한 인연도 느끼고 있었다. 당시의 도쿄 공예대의 학장은 무려 혼다 켄이치 선생님. 동대정년 후에 경대로 이적되어 그 후 도쿄로 돌아왔다.

코지마군은 나의 지도로, 모두가 그다지 가능성은 없다고 생각했던 페롭스카이트를 사용해 묵묵히 실험을 계속했다. 게다가 석사 졸업 후 제가 동대에도 갖게 된 연구실 박사과정에 들어줬다.

그리고 박사과정 2009년째인 3.8년에 페로브스카이트를 사용하여 에너지 변환 효율을 XNUMX%까지 높여 세계 최초의 페로브스카이트를 사용한 태양전지의 논문을 저와 공저로 출판한 【하년표의 빨강 ☆표]. 코지마군은 이 페로브스카이트의 연구로 학위 논문을 내고 박사 학위를 취했다.

추가 돌파구

거기서 거의 15년, 현재는 4만명의 페로브스카이트 태양전지의 연구자가 있다고도 말해집니다만, 여기까지 온 온 것일까요?
아직도. 페로브스카이트 태양전지는 지금이야말로 실리콘제의 광 변환 효율을 따라잡았지만, 당시의 4% 미만에서 그것을 올리기 위해서는 또 하나의 브레이크 스루가 필요했다.
무슨? 그리고 도대체 누가?
당초 우리는 색소 증감과 마찬가지로 요오드 등을 포함한 액체를 전하의 수송에 사용하고 있었다. 그러나 이것은 페로브스카이트의 일부가 거기에 녹아 효율이 오르지 않는다는 문제가 있었다.
즉, 페로브스카이트가 전해액으로 분해해 버린다고 하는 것입니까?
뭐 그렇게 말해도 좋다. 이것은 아무리 효율이 올라도 실용성이 없다. 코지마 군도 그것을 알고 있었고, 2008년에는 고체의 가능성을 시사하고 있었다. 그런데다.
뭔가 새로운 전개가 일어나는군요?
자세한 것은 위의 연표를 보고 싶다. 나의 연구력이 중심이지만, 무대는 이 키리진 요코하마 대학에서, 스위스, 영국에, 나아가 한국, 그리고 중국, 폴란드에도 퍼져 간다. 다음에도 주역은 젊은이지만, 이번은 영국인. 색소증감 태양전지에 고체 전하 수송 재료를 사용할 수 없는지를 연구하고 있던 헨리 스네이스군※3이다. 그가 마이클 그레첼 교수에게 왔을 때, 우연히 우리 연구실에서 포스독으로 가고 있던 무라카미 타쿠로군※4와 사이가 좋아져, 페로브스카이트를 알았다. 그 후 옥스포드대에 직업을 얻은 그는, 좀처럼 신경이 쓰였는지, 원생을 내 연구실에 3개월간 보내 페로브스카이트의 제작법을 습득시켰다. 그리고 바로 그 일년 후였다. 그의 연구실은 무려 10.9%라는 변환 효율을 달성했다【아래 그림】.
그래, 뭐 했니?
액체의 전해질을 우수한 고체로 만들었다. 이 높은 효율에는 전세계가 깜짝 놀라게 됐다. 우리와의 공저논문은 주목을 받고, 그 후 이 때 관계자는 세계적으로 권위 있는 상을 여러 번 공동 수상했다. 그리고 지금까지의 색소 증감 태양 전지의 연구자도, 순식간에 페로브스카이트 연구자가 되었다!
거기서부터는 돈톤 박자에 연구가 진행되어 온 것이군요.
우리 연구실도 특허를 받고 전 세계가 변환 효율을 높이는데 현금을 깎아 지금은 실리콘과 거의 같은 26% 이상을 달성하고 있다. 그리고는 구체적인 제품 만들기, 이른바 실장 있는 것뿐입니다.
※3 Hennry Snaith:현 옥스포드 대 교수
※4 현 국립 연구개발법인 산업기술종합연구소(산총연) 유기계 태양전지 연구팀장
※5 2017년의 클라리베이트 애널리틱스 인용 영예상으로 시작되어 2022년 랭크상, 2024년 아사히상까지 다수 수상.

색소 증감으로부터 페로브스카이트에(산총연 자료로부터)

일본 기업과 거기를 목표로하는 젊은이들에게

단지 문제도 있을 것 같네요. 일본 기업이 늦어지는 것은 아닐까. 페로브스카이트는 좋은 일 만들기고 소재 개발로 선행하고 있음에도 불구하고.
역시 대기업은 돈을 벌 수 있는 것밖에 하지 않는다. 돈을 벌고 있는 동안에는 위험을 감당할 필요가 없다. 전직에서도 이것은 여러 번 경험했다. 게다가 일본인에게는, 이시바시를 두드려 건너는 사람, 두드려도 건너지 않는 사람이 많다. 구미나 중국에 쫓겨나는 경우가 많은 원인 중 하나다.

다른 하나는 실리콘 태양 전지의 외상이다. 당초 일본은 압도적인 점유율을 자랑했지만 한국, 중국으로 역전됐다. 페롭스카이트도 “같은 태양광 발전이기 때문에 또 지는 것은 아니다”라는 선입견이 경영진에 만연하고 있다. 앞으로 대기업에 취직하려는 사람에게는 그런 풍토를 뒤집어 달라. 이번에는 실패하지 않을거야.

실험실 선택 방법

선생님 주위에서는 사람이 자랄 것으로 보았습니다만, 코지마씨, 이케가미 카즈시씨, 무라카미 타쿠로씨, 테지마 켄지로씨와, 배경이 다른 학생씨, 젊은 연구자가, 중요한 국면에서, 표 무대나 인연 아래에서 활약했다. 선생님을 도다이에게 불린 세가와 코지씨를 넣어도 좋을지도 모른다.
맞습니다. 그는 경대에서 혼다 선생님의 조수를 하고 있고, 동대교수가 되면 나를 동대의 객원 교수에게 추천해 주었다.
나는 어디에 있어도 학생들이 기뻐하는 얼굴을 보는 것을 좋아하며, 그렇게 할 수있는 일은 여러 가지로 왔습니다. 학부생도 해외 학계로 데려간다. 그리고 간 앞에서 자신이 촉매가 되어 여러 사람을 만나게 한다. 그것이 계기로 자라는 사람이 나온다.
「인사, 검분, 노력을 다한다」를 좌우의 명으로 되어 있다든가.
《인사를 다하고 천명을 기다린다》는 오래된 말을 돌린 것. 《인사》란 사람의 모임, 만나게 하고, 이것은 기업의 연구실이든 대학이든, 매우 소중하다. 사람이 사람을 불러, 고리가 퍼져, 성과가 태어나 간다. 덧붙여서 《검분》이란 철저하게 조사해, 좋은 것을 찾는 것.
"연구는 진실을 둘러싼 인간 관계이다"라는 말을 들은 적이 있습니다.

고등학생에게 메시지

고등학교 시절은 넓고 얕게 배우는 것은 물론 중요하지만 깊게 하는 것도 하나는 갖고 싶다. '종합적인 탐구의 시간', '이수탐구' 등이라는 수업도 있으므로 방법론, 수단을 배우기 쉽다. 「이것은 어떻게 되어 있는 것일까?」라고 생각하면, 거기서 조사하기 시작한다. 또 보기 테마와는 관계 없는 것처럼 보이는 것도, 손을 뻗으면 닿을 것 같다면, 우선은 시험해 보자. 그리고 스스로 납득할 수 있을 때까지 철저히 조사한다. 실험 속에서, 「어라?」라고 뭔가 걸리는 일이 있으면, 간과하지 않고 멈추어 원인을 생각해 주었으면 한다. 앞을 서두르는 만큼 무시하면 큰 발견을 놓쳐버릴지도 모른다.

바로 "노력을 다해… 성과를 기다린다"다. 이 과정에서 자신이 무엇에 흥미가 있을지도 알고, 또 불행하게도 성공하지 못했다고 해도 그것이 알았던 것도 큰 성과다.

조금 이야기는 탈선하지만, 나는 지금도 연구의 사이를 꿰매어 바이올린을 연주해, 악기로서 연구도 하고 있다. 새로 발견한 것은 권위있는 전문지에 투고하기로 했고, 지금까지 3번이나 게재되었다.

중학·고등학교 시절, 스피드 우선의 수험 공부로 일단 좌절을 맛보았지만, 대학, 대학원으로 진행되는 가운데 다시 섰다. 특히 대학원 시대는 충실하고 있어 '네이처'나 '사이언스'에 게재된 것을 포함해 논문을 많이 썼다. 그때까지의 '왜 추구' '좋아하는 추구'가 꽃을 열게 해준 것이라고 생각한다. 이것은 지금도 나를 지지해 주는 것이기도 하다.
마지막으로 생성 AI에 대해 한마디 부탁드립니다.
AI는 방대한 정보량(빅데이터)을 바탕으로 결론을 내는 것으로 생각하고 있는 것은 아니다. AI에 의지하면 사람이 노력하고 사고하는 능력이 쇠약해지는 위험에서 내 견해는 부정적이다. AI를 정보의 고급 처리에만 사용한다면 좋지만.
あ り が と う ご ざ い ま し た.