低温・溶液プロセスで高効率・高信頼性ペロブスカイト太陽電池を実現

2015.06.24

国立研究開発法人 物質・材料研究機構

NIMS GREENのペロブスカイト太陽電池特別推進チームは、高い再現性や安定性を有するペロブスカイト太陽電池を低温・溶液プロセスで作製することに成功しました。

概要

  1. 国立研究開発法人 物質・材料研究機構 ナノ材料科学環境拠点のペロブスカイト太陽電池特別推進チーム (チームリーダー : 宮野健次郎) は、安価・軽量・フレキシブルなどの特徴を備えた次世代太陽電池実現に必要不可欠な低温・溶液プロセスを用いて、高い再現性や安定性を有するペロブスカイト太陽電池を作製することに成功しました (図1) 。
  2. 従来の低温・溶液プロセスで作製されたペロブスカイト太陽電池は、安定性や再現性に問題があり詳細な動作メカニズムの解明が困難でした。今回、ペロブスカイト結晶を生成する過程に塩素を添加する相互拡散法 (Chlorine-mediated interdiffusion method) を新たに開発し、下記に示す優れた特徴を有する高効率ペロブスカイト太陽電池を低温・溶液プロセスにて実現しました。

    (1) 最大でも140℃未満のプロセス温度 (フレキシブル基板等への高い親和性)
    (2) 長期間に及び一定の出力特性が得られる優れた安定性
    (3) 約2時間の連続光照射下でも安定した出力特性を維持する優れた耐久性
    (4) 電圧掃引方向等に関係なく常に一定の変換効率が得られる信頼性の高い出力特性と再現性
  3. 低温・溶液プロセスでの実現は、プラスチックなどの軽量でフレキシブルな基板を用いた太陽電池の製造を可能にします。さらに、本成果に基づく高い安定性・耐久性・再現性を有する素子の実現により、連続光照射下でも長時間に渡り詳細に動作を解析可能であり、ペロブスカイト太陽電池の実用化へ向けて、これまでは困難であった動作メカニズムの解明が飛躍的に進むと期待できます。
  4. 今回の研究成果は、文部科学省の委託事業「ナノテクノロジーを活用した環境技術開発プログラム」に基づいたナノ材料科学環境拠点において得られたものです。本研究成果は、英国王立化学会刊行のJournal of Materials Chemistry A誌にて2015年6月14日発行号に掲載されました。また、最新の成果を含めて第10回ナノ材料科学環境拠点シンポジウム (6月25日開催) にて発表される予定です。
「プレスリリースの図1 : 　今回開発したペロブスカイト太陽電池の模式図と素子断面の走査型電子顕微鏡写真 (左側) と出力特性 (右側) ペロブスカイト層で光を吸収し、光励起によって発生した電子と正孔の電荷は、電子は電子輸送層 (PCBM) へ輸送され、正孔は正孔輸送層へ輸送され、電極から取り出されることで右側に示すような出力特性の電力を得ます。」の画像

プレスリリースの図1 : 　今回開発したペロブスカイト太陽電池の模式図と素子断面の走査型電子顕微鏡写真 (左側) と出力特性 (右側) ペロブスカイト層で光を吸収し、光励起によって発生した電子と正孔の電荷は、電子は電子輸送層 (PCBM) へ輸送され、正孔は正孔輸送層へ輸送され、電極から取り出されることで右側に示すような出力特性の電力を得ます。