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。