東大、3直列ミニモジュールで変換効率20％超：ペロブスカイト太陽電池

ペロブスカイトの成膜条件を最適化

　東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻の瀬川浩司教授らは2019年7月、ペロブスカイト太陽電池ミニモジュールで20％を超える変換効率を達成したと発表した。

　発電層に有機金属ハライドペロブスカイトを用いた太陽電池（PSC）は、製造プロセスが比較的容易で、結晶シリコン太陽電池に迫る光エネルギー変換効率を実現できることから、次世代太陽電池として注目されている。

　ところが、PSCで変換効率が20％を上回るのは、ほとんどが小さい面積のセルである。例えば、セル面積が0.095cm²では、変換効率24.2％が報告されている。しかし、大面積の直列モジュールだと、性能のばらつきなどにより変換効率は18％台にとどまり、20％を上回ることはこれまでなかったという。

ペロブスカイト太陽電池ミニモジュールの外観 出典：東京大学

　瀬川氏らはこれまでに、カリウム（K）を添加した有機金属ハライドペロブスカイトを用いたPSCで、I-Vヒステリシスを大幅に低減できることを明らかにしてきた。今回は、ペロブスカイトの成膜条件を最適化することで、面積が0.187cm²の単体セルで変換効率22.3％を実現。アクティブエリアが2.76cm²の3直列ミニモジュールを作製し評価したところ、変換効率20.7％を達成した。

　PSCの製造プロセスは、FTO（フッ素を添加した酸化スズ）基板上に、レーザーエッチングでパターンを形成。そのあと、酸化チタン緻密層と酸化チタンナノ粒子層を積層し、その上にペロブスカイト層を作成した。さらに、ホール輸送層を成膜、2回目のレーザーエッチングで各セルを切り離し、その上に金電極を設ける方法である。

PSCの製造プロセス概略 出典：東京大学

　PSCの実用化に向けては、「大きい面積で変換効率も高く、I-Vヒステリシスを示さないこと」が必要だと指摘する。今回は、I-Vヒステリシスが極めて小さいカリウムドープペロブスカイト太陽電池の性能を高めることで、大きい面積でも変換効率が高いモジュールの開発に成功した。

ペロブスカイト太陽電池モジュールの性能比較 （クリックで拡大） 出典：東京大学

　瀬川氏は、自身がリーダーを務めるNEDOプロジェクトの参画企業に、今回の研究成果を技術移転し、早期実用化を目指す考えだ。