太陽電池素材でシリコン材料と競合できる可能性を持つ、安定かつ効率的に電気を生み出す新素材を発見 沖縄科学技術大学院大

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CsPbI3(赤で示された中央の層)から隣接する層への電子の損失を最小限に抑えるため、すべての層のエネルギーレベル(グラフ上のeV)が似たような値であることが重要

沖縄科学技術大学院大学は2019年8月9日、上海交通大学、スイス連邦工科大学ローザンヌ校との共同研究により、太陽電池素材のシリコン材料に代わる可能性を持つ、安定かつ効率的に電気を生み出す新素材、CsPbI₃を発見したと発表した。

CsPbI₃は無機ペロブスカイトの一種で、高効率で低コストなことから太陽電池開発で注目されている材料だ。この物質はこれまで、アルファ相または黒色のためダーク相として知られる結晶構造について研究されることが多かった。ダーク相は太陽光の吸収に優れるが、構造が不安定なため、黄色味を帯びた材料に急速に劣化してしまい、日光を吸収する能力が落ちてしまうという短所があった。

今回の研究では、CsPbI₃について、ベータ相という別の構造での可能性を探った。ベータ相はダーク相よりも安定した構造を持つが、電力変換効率が低いという難点がある。構造にひびが入りやすく、太陽電池の隣接する層への電子損失を引き起こすことが、低効率の原因の1つだ。

そこで研究チームは、ひびの修復のためにヨウ化コリン溶液で材料処理を施した。その結果、エネルギーレベル・アラインメントとして知られている太陽電池の層間の界面を最適化できたという。

研究チームは紫外線光電子分光法を使用し、CsPbI₃と隣接する層との間のエネルギーレベル・アラインメントを調べた。その結果、ヨウ化コリンで処理した後は、層間のエネルギーレベル・アラインメントが良好になり、隣接層への電子の損失が少ないことが分かった。自然に発生するひびを修復することにより、15%から18%への変換効率の増加がみられたという。

研究チームは今後、CsPbI₃が真にシリコンと競合できるよう、この研究での予備的研究結果を踏まえて材料の安定性を向上させ、コストと効率性にも注目し、商業的見通しを立てたいとしている。

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