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2015年12月 8日 (火)

ペロブスカイト太陽電池の不安定性を改善、理論限界への設計指針を発見~新型太陽電池のポテンシャルを見極める~

平成27年12月8日
科学技術振興機構(JST)
京都大学
 
詳細は、リンクを参照して下さい。
 
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ポイント
 
○ペロブスカイト太陽電池は測定条件
 によって電流-電圧曲線が変わるため、
 発電特性と素子構造の関係を定量的に
 研究することができなかった。
 
○発電特性が変化しにくい
 ペロブスカイト太陽電池の作製に成功し、
 電流・電圧のロス機構を明らかにする
 ことができた。
 
○得られた設計指針を基に、
 エネルギー変換効率がシリコン太陽電池
 に迫るペロブスカイト太陽電池の実現が
 期待できる。
 
 
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 JST戦略的創造研究推進事業において、
京都大学の大北 英生 准教授、
伊藤 紳三郎 教授らの研究グループは、
エネルギー変換効率注1)19%以上の
高効率ペロブスカイト注2)太陽電池を
用いて発電メカニズムを解析し、
電流が発生する効率はほぼ100%であり、
電圧も理論限界にまで向上可能なことを
明らかにしました。
 
 ペロブスカイト太陽電池は、
材料溶液を印刷することで容易に
作製できるため生産コストの大幅な低減
ができる太陽電池として期待されています。
 
 最近では20%以上の
高いエネルギー変換効率が報告され、
次世代太陽電池の有力候補として
注目を集めています。
 
 しかし、発電特性にばらつきが多く、
測定条件によって素子特性が変わる
ヒステリシス注3)という現象を
示すため、素子構造と発電特性の関係を
定量的に研究することができない
という課題がありました。
 
 大北准教授らは、比較的平滑で緻密な
ペロブスカイト膜の製膜法を用いて、
エネルギー変換効率19%以上でかつ、
ヒステリシスが小さい
ペロブスカイト太陽電池を再現性良く
作製することに成功しました。
 
 さらにこの素子を用いて解析したところ、
電流については、変換ロスはほとんどない
ことが分かりました。
 
 一方、電圧については、電流の担い手
である電荷キャリアを捕捉するサイト
(トラップ注4))を介した電圧ロスが
存在することが分かりました。
 
 このことから、トラップの密度を
単結晶ペロブスカイト程度にまで減らす
ことができれば、開放電圧注5)を
理論限界近くにまで向上できることが
明らかになりました。
 
 今回の研究成果により、
ペロブスカイト太陽電池の発電特性を
理論限界近くにまで向上させるための
設計指針が明らかになり、
シリコン太陽電池に匹敵する
ペロブスカイト太陽電池の開発が
期待されます。
 
 本研究は、京都大学 大学院工学研究科
のキム ヒョンド 博士後期課程学生、
辨天 宏明 助教、伊藤 紳三郎 教授と
共同で行ったものです。
 
 本研究成果は、2015年12月8日
(英国時間)に独国科学誌
「Advanced Materials」
のオンライン速報版で公開されます。
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 素晴らしい報告ですね。
 
 つい先日、有機薄膜太陽電池の報告を
投稿しましたが、
今回はペロブスカイト太陽電池です。
 
 かなり実用レベルに近づいて来たよう
です。
 
 上手く行けば、有機薄膜太陽電池より
高効率で、安価な太陽電池が製品化
されることになるかも知れません。
 
>今回考慮したトラップを介した
>再結合以外の新たなロス機構が
>関与する可能性もありますが、
>一つ一つ解決していくことで、
>シリコン太陽電池に迫る
>エネルギー変換効率25%の
>ペロブスカイト太陽電池の実現が
>期待されます。
 
 期待したい。
 いつ頃になるかな?

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