セシウム：事実と数字１（高効率太陽電池）
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A.Motylyaev 「ChemistryandLife」 No。11、2020
1860年、シュヴァルツシルトのミネラルウォーターサンプルの発光スペクトルを研究していたロバート・ブンセンとグスタフ・キルヒホフは、その中に明るい青色の線を発見しました。その元素を "空色 "という意味のラテン語のcaesiusからセシウムと呼びました。医師はすぐに新しい元素を使おうとしましたが、あまり成功しませんでした。20世紀には、セシウムは光を励起しやすいことがわかったため、荷電粒子の崩壊生成物を分析するための検出器をはじめ、さまざまな光学機器に使われました。［訳者注）ヨウ化セシウム（NaやTlドープ）は，ガンマ線で発光するシンチレータとして安価に販売されています．］
唯一の天然の同位体であるセシウム133が存在し、大きな原子質量、電子殻がシンプルなので、セシウムガスは、現在世界の時間を設定する超精密時計の動作体となりました。［訳者注）自然に存在するのは安定な安定な同位体だけですが，2011年の原発事故で放射性の同位体137などが環境に放出されました．セシウム時計については，現代の標準時計をご覧ください］
また、触媒としての役割も証明されています。しかし、時間が経ち、生産量が増え、新しい応用（時にはかなり議論の的になることもある）が見だされています。
グリーンエネルギーの創造者たちは、なぜセシウムに注目しているか。
材料科学者はセシウムペロブスカイト太陽電池に大きな期待を寄せています。少し前の2009年には、いわゆるペロブスカイト太陽電池への関心の波が押し寄せ始め（化学と生活#7、2019参照）。今ではそれは津波のようです。結局、太陽光を電気に変換する効率は14％とかなり許容範囲内になり、シリコンを導入したペロブスカイト電池では28％という記録的な効率になっています。ソーラーパネルの技術者は、これらのセルが安価に作られる方法に非常に魅力を感じており、専門家はペロブスカイトの大量生産が開始された後、ソーラーパネルの価格が急落すると予測している。そして、もう始まっています! 中国企業のMicroquantaは2020年8月、小州市に70ヘクタールの工場を開設し、年内に20万平方メートルの純ペロブスカイトセルを生産すると発表しています。ドイツでは2021年に、イギリスのオックスフォード・フォトボティクス社の技術を用いたタンデム型シリコンペロブスカイトセルの生産を開始します。
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［訳者注）以下のmicroquantaのサイトをご覧ください］
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しかし、これらの成功はすべて、ハロゲン化鉛にメチルアンモニウムなどの有機カチオンが結合した有機無機ペロブスカイトで達成されました。実践では、これらの化合物は太陽光や大気中の水分の影響を受けてあまり安定ではないことがわかっています。その上、技術者たちは、そのような化合物の効率を向上させるための手段をすでに使い果たしており、理論的な限界に非常に近づいています。そして2015年には、有機カチオンを金属に置き換えるためのアイデアが生まれました：セシウムは、その外殻電子が簡単に分離する性質［訳者注）水素様原子］から、そのような選択がなされました。こうして無機セシウム系ペロブスカイトが登場しました。
セシウムには、量子ドット（光を放出したり吸収したりできるナノ粒子）と、太陽電池の2つの用途があります。5 年間で、セシウム・セルによる光から電気への変換の効率は 5 からほぼ 20 ％ （実験室のサンプルで）、実験者のデータではなく、認証機関のデータでは - ちょうど 15 ％ 未満まで増加しました。まだ理論上の限界からは程遠く、実際には道半ば、改善の余地は十分にあります。しかし、これらの素子の安定性は、まだ多くの問題があります。国際電気標準会議の加速規制下でテストされた最高のセルは、規制下では少なくとも1000時間は持たなければならないのに対し、240時間で10％の効率低下を示した。材料科学者は安定性を高めるための多くのツールを持っています。現在の主要課題は、安価なセシウムペロブスカイトセルで、高価なシリコンセルよりも日光の変換効率をよくすることです。これが実現しないと、すべての努力が報われません。
ーーー続くーー
安定な同位体セシウムの利用の話から始めました：
今回は，太陽電池への利用の話でした．
次回は，「油田掘削での利用」