OISTら,ペロブスカイトPVの寿命に新たな知見

沖縄科学技術大学院大学(OIST)と英ケンブリッジ大学は,太陽電池の安価な代替材料のひとつ「ペロブスカイト」の効率を制限してしまう小さな欠陥が,材料の構造変化にも関与しており,経年劣化を引き起こしていることを明らかにした(ニュースリリース)。

ペロブスカイト太陽電池のエネルギー出力は,従来のシリコン太陽電池と同等であり,多層構造のタンデム型においては,シリコン太陽電池の効率を上回ることもある。しかし,寿命が限られていることが実用化への大きな課題となっている。

ペロブスカイト太陽電池は低コストで製造できるため,製品寿命が短くても市場機会の可能性はある。しかし,真の脱炭素社会の実現のためには,少なくとも製品寿命を10年以上に改善する必要があるが,未だシリコン系太陽電池と同等の安定性を備えたペロブスカイト太陽電池の開発に成功した例はない。

英の研究グループは,高空間分解能技術を用いることによりたナノスケールにおけるペロブスカイト薄膜の特性や,太陽光照射による経時変化の観察に成功した。これまで研究グループは,同様の手法を用いて,ペロブスカイト太陽電池の性能低下の原因である「キャリアトラップ」と呼ばれる欠陥を研究してきた。

ペロブスカイト膜に光を当て,太陽電池デバイスの経年劣化をシミュレーションしたところ,ナノレベルで観察したトラップクラスターに興味深い変化が起きていることがわかった。同時にこの変化は,膜の光劣化に関連していることも明らかになったという。

この発見により,ペロブスカイト太陽電池のエネルギー効率を制限する電荷キャリアトラップは,デバイスの経年劣化にも直接的に関係していることが分かった。表面にトラップが形成される問題を解決できれば,デバイスの性能と長期間にわたる安定性が同時に向上できるという可能性が示唆された。

研究グループは,太陽電池を作製する際,化学組成やペロブスカイト膜の形成方法を調整することで,悪く作用する相の数を制御し,ひいてはデバイスの劣化を抑制できることを明らかにした。

安定性の高いデバイスでは,組成や構造に微妙な変更が加わることで,偶然的に悪く作用する相の密度が低くなっていることが示唆された。今回,より合理的で的を絞ったアプローチが明らかになり,安定性と性能を備えたデバイスの実現が期待できるという。

研究グループは,今回の研究成果が,事業化可能なペロブスカイト製太陽電池の開発を加速させると期待している。

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