新たな成膜法によるフィルム型ペロブスカイト太陽電池で世界最高のエネルギー変換効率を実現 東芝

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東芝は2021年9月10日、軽量で曲げることも可能なフィルム型ペロブスカイト太陽電池の生産工程を短縮できる新たな成膜法を開発し、世界最高のエネルギー変換効率15.1%を実現したと発表した。

東芝は、2018年6月にペロブスカイト太陽電池として世界最大サイズ(同社調べ)である703cm2のモジュールを開発したが、今回の成膜法では、そのサイズを維持しながら成膜工程を短縮。さらに、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率を向上させた。

新たな成膜法では、これまで2段階の工程を経る2ステッププロセスで行ってきたペロブスカイト層の成膜を、1ステッププロセスで終わらせる。

2ステッププロセスでは、基板上にヨウ化鉛(PbI2)を塗布して乾燥させてから、ヨウ化メチルアンモニウム(MAI)インクを塗布して、ペロブスカイト層を形成するヨウ化鉛メチルアンモニウム(MAPbI3)を生成する。しかし、この方法ではPbI2とMAIで未反応物が残ることや、工程数の多さ、塗布速度が遅いことなどが量産に向けた課題だった。

新開発の「1ステップメニスカス塗布法」では、あらかじめPbI2とMAIを混合したMAPbI3インクや、乾燥プロセス、装置を新たに開発し、塗布速度の高速化を図った。この結果、塗布速度は、同社が5センチメートル角で量産時に必要と想定しているスペックを満たす速度である毎分6メートルを実現した。

また、大面積を均一に塗布することで、703cm2の大面積フィルム型ペロブスカイト太陽電池モジュールで世界最高のエネルギー変換効率15.1%を達成した。

東芝では今後、実用化サイズとして想定される受光部サイズ900cm2の実現を目指すとともに、ペロブスカイト層の材料を改良するなどして、エネルギー変換効率20%以上の達成を図る。フィルム型太陽電池が実用化されれば、強度の弱い屋根やビルの窓などへの設置も可能になり、再生可能エネルギーの導入拡大につながることが期待される。

東芝は今回の成果を、2021年9月10日からオンライン開催された第82回応用物理学会秋季学術講演会で発表した。

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