東大ら,CNT電極のペロブスカイト太陽電池を作製

東京大学と産業技術総合研究所らは共同で,従来用いていた金属や金属酸化物の電極を用いず,上下2つの電極ともカーボンナノチューブ(CNT)薄膜を用いたペロブスカイト太陽電池を開発することに成功した(ニュースリリース)。

有機金属ペロブスカイト太陽電池は,従来からあるシリコン太陽電池と同等の最高22%のエネルギー変換効率を
示すが,実際には耐久性やコストの面で課題が残っている。また,高性能化する材料のさらなる検討も続いている。

通常,太陽電池の電極にはインジウムスズ酸化物などの金属酸化物電極を透明電極,貴金属やアルミニウムなどの金属を裏面電極として用いるが,これらの電極の作製にはスパッタや真空蒸着といった真空プロセスが必要だった。

CNT薄膜は機械的な転写により太陽電池基板上に成膜して透明電極として用いることができ,機械的な曲げにも強く、インジウムや金などの貴重な金属を含まない地球上に普遍的に存在する炭素原子で構成されているという特長を有している。

ペロブスカイト発電層が太陽光を吸収するとプラスの電荷である正孔とマイナスの電荷である電子が生じる。発電層の上下の電極それぞれで,正孔のみ,電子のみを捕集することが必要。CNTに正孔を注入することは比較的容易で,これまでに正孔のみを捕集するCNT電極のアノードは知られていた。

研究グループは,フラーレン誘導体をCNTに浸透させることにより,電子のみを捕集するCNT電極のカソードを構築することに成功し,両面CNTペロブスカイト太陽電池を作製した。プラスチック基板上に作製したこの太陽電池は,曲げに強く,インジウムスズ酸化物電極や金属電極を用いた太陽電池に比べ,曲げても特性の低下がより小さいことがわかった。

この太陽電池は比較的単純な構造をもち,作製に真空プロセスを必要としないことから,将来的に作製プロセスのコストを低下させる技術につながるものとしている。ロール状のプラスチック基板を繰り出し,必要な材料を転写または塗布により成膜していくことで太陽電池が作製され,比較的コストのかかる真空プロセスを回避することができるという。

また,電極の金属を両方とも炭素に置き換えたことから,夢の全炭素太陽電池の実現に一歩近づいたことになるとしている。

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