放射線に強い太陽電池が宇宙開発の未来を担う　化合物半導体の研究

月面探査を可能にした太陽電池

2024年1月、JAXAの無人小型探査機「SLIM」が月面着陸に成功しました。SLIMは搭載された太陽電池から供給される電力で動いています。
太陽電池によるソーラー発電は現在生活の中のさまざまな場面で使われるようになっていますが、人工衛星などでは昔から使われている唯一のエネルギー源です。宇宙でのソーラー発電では放射線の影響による性能劣化が起きてしまうため、放射線に強い特別な材料を使う必要があります。また、修理に行くことができない宇宙空間で故障なく動作し続けられるような設計も必要です。近年民間の宇宙開発も盛んに行われるようになり、宇宙用ソーラー発電が注目を集めています。

化合物半導体での多くのメリット

地上用の太陽電池は主にシリコン（ケイ素）が使われています。しかし、放射線を浴びるとシリコンの結晶が壊れ、発電能力が低下します。
そこで、シリコンという単一の元素ではなく、ガリウム・ヒ素に代表されるような、2つ以上の元素を混ぜた「化合物半導体」が開発されています。化合物半導体は放射線に強いだけでなく、発電効率が高い、光の吸収が大きいので薄くできて曲がった形状も可能など、多くのメリットがあります。SLIMに搭載されたのは、化合物半導体を3種類重ねた厚さ15ミクロン程度の発電効率の高い太陽電池で、日本が世界で初めて実用化に成功したものです。

原子炉のセンサーへの応用

なぜ半導体材料の違いによって放射線耐性に違いが出るのか、そのメカニズムは実はまだよくわかっておらず、その解明が進められています。そのしくみがわかれば、もっと良い材料を探すことができると期待されます。
また、この化合物半導体を放射線計測のセンサーに応用しようという研究も進んでいます。原子炉では膨大な量の放射線が発生しますが、現在使われている放射線計測機器は高額で大きく、このような場所では活用できません。そこで、放射線に強い太陽電池をセンサーに使って原子炉をモニタリングする装置の研究も進められています。

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先生情報 / 大学情報

三条市立大学工学部技術・経営工学科教授今泉充先生

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半導体工学、物性工学　

先生が目指すSDGs

メッセージ

工学系の研究はコンピュータ上や頭の中だけで終わることができず、手足を動かして地道に実験を繰り返すことが必要で、つらい作業の連続です。しかし、だからこそ成果を手にしたときの喜びもひとしおです。
また、私自身がそうでしたが、興味がないことでもやってみると「面白い！」とハマることが多々あります。しんどそうに見えることも毛嫌せず、「うまくいかない方が面白い」くらいの気持ちで何事もチャレンジしてみましょう。「どんな経験も無駄にはならない」というのが私の座右の銘です。

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三条市立大学は、2021年4月に開学した新しい大学です。多様な加工技術が集積するこの地域全体をキャンパスとし、機械工学を軸として多岐にわたる分野の学問を組み合わせた学修と、実践的な技術感覚を養う産学連携実習を特長としています。多様な工学技術についての深い知識に加えて、経験をもとにした創造性や実践力があり、技術と経営を効率的に組み合わせる技術マネジメント力を有する「創造性豊かなテクノロジスト」を育成します。