太陽電池研究を革新：モントリオール大学の自動化スマートラボ

今日の化学ラボは、よりハードにではなく、よりスマートに働くことが求められています。より高い再現性と速度が、スループットと研究品質を向上させます。もはや単調で反復的なタスクに縛られることなく、科学者たちはついに仕事のより創造的な側面に集中できるようになりました。

この記事では、モントリオール大学（U of M）で構築した自動化プラットフォームを持つダニエル・シャートラン博士（Ph.D.）を紹介します。このプラットフォームは、より環境に優しくクリーンなエネルギーのための太陽電池研究を加速することを目的としています。

 

シャートラン博士は、不活性雰囲気エンクロージャ内での小型テスト用太陽電池の製造と特性評価を自動化する必要がありました。

太陽電池

太陽電池は、光または光子が半導体材料に吸収され電気に変換されるときにエネルギーを生成します。太陽電池デバイスは、ソーラーパネルの電気的構成要素です。クリーンエネルギー生産に一般的に使用されるほか、光を検知しその強度を測定することもできます。

太陽電池製造は、消費される材料とエネルギーの観点から必ずしも環境に優しいとは言えません。だからこそ、世界中の研究者がより良い製造方法を模索しています。

シャートラン博士のシステムは、U of Mの化学ラボの研究者たちに、新しい太陽電池材料と製造方法を探索するための高速自動化プラットフォームを提供します。

 

自動化の課題

この研究に必要なガラス基板はデリケートです。各基板は、不活性雰囲気チャンバー内で、まったく同じ条件下で慎重に扱われなければなりません。この課題には、狭いスペースで機動できる、小型・コンパクトだが高精度なロボットが求められました。さらに、プラットフォームのコンポーネントは手頃な価格で、高い信頼性、使いやすさが必要でした。

解決策

ロボット・コンポーネントとして、シャートラン博士は世界最小の6軸ロボットアームであるMeca500を選択しました。ロボットをリニア軸に搭載することで、より大きなロボットを使用した場合以上にリーチを大幅に拡張できました。ロボットの微細で再現性のある位置決めにより、ビジョンや他の手段を用いたアライメント・システムの必要性がなくなりました。

手動からロボット化された動きへ

 まず、ロボットはラックをベースに配置します。次に、ガラス基板をベースからスピンコーターへ移送します。次に、液体ハンドラが液体を調製・堆積させ、続いてヒーティング・プレートでアニーリング（熱処理）を行います。設定時間に達したら、ロボットがガラス基板をプレートから取り出し、裏返してトレイに堆積させ、満杯になるとロボットがトレイを真空チャンバーにロードして金属蒸着を行います。    

メリット

このプラットフォームにより： スループットが10倍に向上。微細で再現性のある動きが可能になり、可変溶液調製とアニーリング時間の制御も可能になりました。これはより高い研究品質に直結します。何より、シャートラン博士の自動化により、研究者たちは仕事の単調で反復的な側面から解放され、環境のためのイノベーションに集中できるようになりました。

 

シャートラン博士について

ダニエル・シャートラン博士は、モントリオール大学で配位化学のPh.D.を取得し、過去14年間同大学で研究を続けています。現在は化学部「材料・分子光活性分析ラボラトリー（LAMP）」の研究アドバイザーを務めています。シャートラン博士は、このロボット化された太陽電池デバイス特性評価のような、分析技術のスループットを向上させる自動化の設計・実装に情熱を注いでいます。

モントリオール大学について

モントリオール大学（Université de Montréal）は、世界有数の研究大学の一つです。1878年、ケベック州モントリオールに設立され、知識の最前線に立つことで社会のウェルビーイングに貢献することを目指しています。この目標のもと、2019年に最先端研究のための新しい最先端サイエンス・コンプレックス「MILキャンパス」を開設しました。詳細はこちら

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