OISTが「ペロブスカイト太陽電池」の研究成果を発表

沖縄科学技術大学院大学(OIST)のEnergy Materials and Surface Sciences Unit(エネルギー材料と表面科学ユニット)で准教授を務めるYabing Qi氏の研究グループは、「ペロブスカイト」という結晶構造を採用した新しいタイプの太陽電池の研究成果を発表した。論文タイトルは、「Influence of Air Annealing on High Efficiency Planar Structure Perovskite Solar Cells」。化学分野の学術誌「Chemistry of Materials」に掲載された(掲載ページ)。

※冒頭写真提供:OIST。窒素環境下で形成されたフィルムと、湿気を帯びた空気中で形成されたペロブスカイト太陽電池を比較した。空気中の方が高い発電効率を示していることが分かる。

近年注目を集める「ペロブスカイト太陽電池」

ペロブスカイト結晶を利用した太陽電池の特徴は、製造方法が容易で、製造コストを大幅安価にできる見込みがあること*1)。太陽電池に関連した最初の研究成果が2009年に発表されて以降、新たな太陽電池として世界各国で高効率化を目指した研究が活発に進められてきた。

「これまでの研究の結果、ペロブスカイトの塗布膜を外気にさらすと、空気中の水分とペロブスカイトが反応を起こし、フィルムの経年劣化を引き起こすと言われてきました。この理由から、ペロブスカイトを製造する際には、水分を除去した環境をつくりだすアニーリング(焼きなまし)と呼ばれる熱処理が必要だと信じられてきました」(OISTの発表資料)という。OISTの研究グループは、この通説に異を唱えた。

湿気を帯びた空気中の方が高効率

具体的な成果はこうだ。窒素環境下(水分は極めて少ない)で形成されたフィルムと、湿気(水分)を帯びた空気中で形成されたペロブスカイト太陽電池を比較したところ、湿気環境下の方が高い発電効率を示したという。

「水分を含んだ空気中で作製されたフィルムには、通常より大きな結晶粒が形成され、材料の性質に大きな改善が見られました。結晶粒が大きいと、フィルム上の結晶断面が連続的になり、フィルム表面を移動する電子の流れがスムーズになります」(OISTの発表資料)。

今回のOISTの研究成果における光電変換効率は最高12.7%。このような比較的高い効率を実現するのに、空気中の水分を減少させる高価な環境制御機器が必要ないことを示したことに、今回の研究成果の意義がある。

脚注

*1)材料の観点でいうと有機と無機のハイブリッド構造を採る。

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