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ペロブスカイト太陽電池、変換効率15%を突破 どこにでも「塗れる」タイプ

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物質・材料研究機構(NIMS)は1日、低コスト化・高効率化を実現する新型太陽電池として注目されている「ペロブスカイト太陽電池」のエネルギー変換効率において、世界で初めて国際標準試験機関で記録が公認され、変換効率15%を達成したと発表した。

ペロブスカイト太陽電池は、「ペロブスカイト半導体」を用いた有機系太陽電池。この新型太陽電池は、基板等に「塗る」という簡易な製造方法で、また、印刷法を用いて太陽電池を作製できるため、従来の太陽電池に比べて製造コストの大幅な削減が可能とされている。また、高い光吸収能力を示すことで大きな電流を得ること等から、高効率化への期待も高まっている。

しかし、これまでに報道されているペロブスカイト太陽電池の変換効率は、ほとんどが小さな面積のセル(約0.1平方センチメートル)で得られたものだった。効率20.1%(セル面積0.0955平方センチメートル)が報告されているが、セル面積が小さいために測定の誤差が大きく、また、測定方法も公開されていない。信頼性を有するデータに基づくペロブスカイト太陽電池の発展には、国際標準試験機関での公認エネルギー変換効率を得ることが急務となっている。

本研究グループは、発電層に使用されているペロブスカイトの塗布方法を改良することで、表面の凹凸を制御して変換効率および再現性を向上させた。また、電荷(キャリア)を輸送する層の材料について、従来は吸湿性が高くすぐに変換効率が低下していたが、新たに吸湿性が低くキャリア移動度の高い材料を開発することで安定性の改善に成功した。

これらの成果をもとに、太陽電池セル面積を1cm角以上に拡大し、さらにデバイスの作製方法を改良することで、ペロブスカイト太陽電池として世界で初めて国際的な標準試験機関(AIST太陽光発電研究センター評価・標準チーム)にて公認変換効率15%を実現した。

今後は、この成果をベースに、さらなる高性能キャリア輸送材料を開発すると共に、ペロブスカイト太陽電池の界面を制御することによって、より高い変換効率を目指す。

今回の研究成果の一部は、科学技術振興機構の戦略的創造研究推進事業(CREST)の採択を受けた研究課題により得られた。本成果は、ローマで行われる国際会議(International Conference on Hybrid and Organic Photovoltaics 2015、5月10~13日)において発表される予定。

ペロブスカイトは、3つのイオン(A、B、X)がABX3の組成をもつ結晶構造の名称。ペロブスカイト太陽電池は、ペロブスカイト構造をもつヨウ化鉛のイオン性結晶を発電層として用いている。

【参考】
NIMS - ペロブスカイト太陽電池の変換効率、世界初の記録公認で15%を達成

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