東北大,pnホモ接合の硫化スズ太陽電池を検証


東北大学は,pnホモ接合の硫化スズ太陽電池を世界に先駆けて作製し,高い開放電圧の取り出しに成功した(ニュースリリース)。

希少金属や有害元素を含むCdTe太陽電池やCIGS系太陽電池に替わる次世代ソーラーパネルの開発が求められている。

硫化スズ(II)は希少金属や有害元素を一切含まず,地球上に豊富に存在する安全な元素のみで構成されるため,クリーンな次世代ソーラーパネルの材料として期待が高まっている。

高効率な発電を実現するためには,同じ硫化スズでpnホモ接合を作り,発電効率の向上を妨げる欠陥を減らすことがポイントとなる。しかし,p型の硫化スズは簡単に作製できるのに対し,n型の硫化スズの作製は容易ではなく,pnホモ接合の太陽電池の作製の成功例はこれまでなかった。

p型の硫化スズをn型の異種材料と組み合わせたpnヘテロ接合による太陽電池の試作と改良が繰り返されているが,その発電効率は5%程度で頭打ちとなっており,実用化の目処はたっていない。硫化スズ太陽電池の実用化への突破口は,pnホモ接合の素子の実現と,その性能を実証することにある。

研究グループは,2020年8月にn型硫化スズ単結晶の大型化に成功した。10mmを超えるn型単結晶が容易に入手可能になり,太陽電池の作製時のハンドリングが飛躍的に向上した結果,p型の硫化スズをスパッタリング法により成膜することで,pnホモ接合の硫化スズ太陽電池の作製に成功し,成膜条件に一切の改良を加えていない試作品であるにも関わらず,360mVの高い開放電圧の取り出しに成功した。

これは,長年にわたって研究開発が続けられてきたpnヘテロ接合の硫化スズ太陽電池でのチャンピオンデータに匹敵する高い数値であり,pnホモ接合の硫化スズ太陽電池の高いポテンシャルを示すもの。試作品での変換効率は1.4%だが,今後の研究開発により,その飛躍的な向上が期待されるという。

研究グループは,n型の硫化スズ単結晶の大型化から半年でpnホモ接合の太陽電池の試作結果を公表するに至った。大型のn型単結晶を用いていることにより,一つの単結晶基板上に種々の条件で多数のp型層の成膜が可能であり,pnホモ接合の最適化が加速できることから,高い変換効率の実現が期待できるとしている。

その他関連ニュース

  • 産総研ら,高効率フレキシブルCIS系PVモジュール 2021年06月01日
  • リコー,色素増感太陽電池の発電量を20%向上 2021年05月13日
  • 九大ら,ペロブスカイトの吸収波長を長波長化 2021年05月07日
  • 原研ら,次世代太陽電池材料を高効率化・長寿命化 2021年04月01日
  • NPACら,太陽電池向け加飾フィルムを開発 2021年03月31日
  • 阪大,高分子太陽電池材料を探る人工知能を開発 2021年03月05日
  • 2020年度第3四半期太陽電池出荷量,前年比88%に 2021年03月03日
  • 電通大,中間バンド太陽電池の2段階光吸収に成功 2021年03月03日