産業技術総合研究所(産総研)は,世界初となるペロブスカイト太陽電池自動セル作製システムを開発した(ニュースリリース)。
太陽光発電は材料を輸入に頼るなどの問題があり,さらなる導入拡大には,設置が難しかった工場・倉庫などの耐荷重の低い屋根および建物の壁や窓などにも設置が可能な新しい超軽量太陽電池が求められている。
従来型の結晶シリコン太陽電池パネルは発電部位のシリコンウエハーが割れやすく,ガラスで保護する必要があり,その結果10kg/m2以上の重さになるため,太陽電池パネルの設置が難しい建物が多く残されていた。
ペロブスカイト太陽電池は,従来型の結晶シリコン太陽電池と異なり,曲げなどのひずみに強いという特性を生かし,基材のフィルム化で1kg/m2程度の軽量化も期待されている。
また曲面への設置も容易であり,これまで設置が困難だった場所へも導入できるなど,発電の場所を大幅に拡大できる新しい太陽電池として期待されている。さらに,ペロブスカイト太陽電池は原料や製造方法がこれまでの太陽電池と異なるため,新しいサプライチェーンや産業が構築される点も期待されている。
研究グループでは,ペロブスカイト太陽電池の実用化を目指し,高効率化・高耐久化に向けてペロブスカイト組成の改良,新規材料開発,大面積への材料成膜技術,電力を効率よく取り出す技術などの研究を進めてきた。
開発した新材料や新プロセスの効果を初期評価するには一般的には面積1cm2程度の小さな太陽電池セルを作製し,性能を評価する。しかし,一般にペロブスカイト太陽電池の性能のばらつきは大きく,材料やプロセスを評価するためには,多くのセルを作製し検討する必要があった。
太陽電池を構成する材料を一つ変えると,高い太陽電池性能が得られる作製条件も変わるため,材料に合わせた作製条件の最適化を行なう必要がある。
そこで,研究グループではペロブスカイト太陽電池のセル作製を自動化させ人為的な要因を排除することで,太陽電池性能のばらつきを抑制し,セル作製条件を変えて最適な太陽電池性能が得られる条件を探索することが可能となるこのシステムの開発に取り組んだ。
この基板電極の洗浄から電子輸送層,ペロブスカイト層,正孔輸送層の各種材料の積層,裏面電極の蒸着,セルの分離まですべて自動で行なうこのシステムは,世界初の装置となる。
研究グループは,この装置を活用することで,1日当たり,これまでの10倍以上の数のセルをさまざまな条件で作製することが可能となり,開発における時間の短縮と研究開発の効率を向上させることが期待されるとしている。