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高信頼性と高効率を両立するペロブスカイト太陽電池の開発に成功物質・材料研究機構 研究グループ

 物質・材料研究機構の研究グループは,ペロブスカイト太陽電池において,これまで電子抽出層とホール抽出層に用いられていた有機材料を無機材料に変更することで,セル面積1cm2以上で変換効率を16%に向上させるとともに,実用化の目安とされる信頼性テスト(光強度1sunの太陽光で1000時間の連続照射)をクリアしたと発表した。
 シリコン系太陽電池よりも低コストで製造が可能だと期待されるペロブスカイト太陽電池だが,実用化には,セル面積の拡大および信頼性の向上が問題となっていた。そこで,まず電子抽出層とホール抽出層に用いられた有機材料を無機材料に変更した。無機材料で作製された電子とホールの抽出層は電気抵抗が高いため,層の厚さを数nmまで薄くする必要がある。しかし,これらの薄層は面積の拡大につれ,ピンホールと呼ばれる欠陥が多くなり,変換効率の低下を招くため,ホール抽出層と電子抽出層にそれぞれLiイオンとNbイオンを高濃度添加して導電性を10倍以上に向上させることができた。
それにより,大面積でもピンホールの少なくできる10~20nmまで厚い層を使用することが可能にした。その結果,面積1cm2以上のセルで再現性良く効率16%が得られた。さらに,電子抽出層とホール抽出層ともに無機材料を用いることにより,信頼性テストでの変換効率の低下が10%以内に抑えられた。
 今後,太陽光をより多く利用できる高性能材料を開発するとともに,界面を制御することによって,より高い変換効率と信頼性を持つペロブスカイト太陽電池の開発が期待される。

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