ペロブスカイト/CIGSタンデム太陽電池で世界最高効率25.14%を達成

Perovskite-Info / PV Magazine 日本

概要

東京都市大学と産業技術総合研究所（産総研）の研究チームは、1平方センチメートルの受光面積を持つ2端子型ペロブスカイト/CIGSタンデム太陽電池で、世界最高のエネルギー変換効率25.14%を達成しました。この成果は産総研によって認証され、既存のペロブスカイト-CIGSタンデムの変換効率25%の壁を突破するものです。新しい界面バリア層の導入が、ペロブスカイト層の結晶性を向上させ、界面での再結合損失を効果的に抑制しました。この技術は、次世代太陽電池の実用化に向けた重要な一歩となります。

詳細

背景

太陽電池の変換効率向上は、再生可能エネルギーの普及において不可欠な課題です。特に、シリコン系太陽電池の理論限界に近づく中で、ペロブスカイト太陽電池は高効率化の新たな道として注目されています。ペロブスカイトとCIGS（銅、インジウム、ガリウム、セレン）を組み合わせたタンデム型太陽電池は、異なる波長の光を効率的に吸収できるため、理論的な変換効率の更なる向上が期待されています。従来の単一接合型太陽電池と比較して、タンデム型はより広範な太陽光スペクトルを利用できる利点があります。

主要な研究内容

東京都市大学と産業技術総合研究所（産総研）の共同研究チームは、ペロブスカイトとCIGSを組み合わせた2端子型タンデム太陽電池において、面積1平方センチメートルで25.14%という世界最高水準のエネルギー変換効率を達成しました。この記録は産総研によって正式に認証されており、これまでの同種のタンデム太陽電池の効率記録を更新するものです。

• 界面バリア層の導入: 研究チームは、新たに開発した界面バリア層をペロブスカイト層とCIGS層の間に導入しました。この層は、界面での電荷再結合損失を抑制し、電荷キャリアの抽出効率を大幅に向上させる効果があります。
• ペロブスカイト層の結晶性向上: 界面バリア層の最適化により、上層のペロブスカイト結晶の品質が改善され、光吸収能力と電荷生成効率が高まりました。
• 2端子型構造: 上層のペロブスカイトセルと下層のCIGSセルを直列に接続する2端子型構造を採用することで、デバイス全体の電流整合性を最適化し、高い変換効率を実現しました。

影響と展望

今回の成果は、次世代太陽電池技術、特にペロブスカイト/CIGSタンデム太陽電池の実用化に向けた画期的な進展です。25%を超える効率は、商業的なシリコン太陽電池の性能に迫るものであり、限られた土地での発電量最大化に貢献します。この技術は、低コストで高効率な太陽電池の実現に繋がり、エネルギー転換を加速する可能性を秘めています。今後、さらなる大面積化、長期安定性の検証、そして製造プロセスの簡素化が課題となりますが、この研究はタンデム太陽電池の実用化への道を大きく拓くものです。日本がこの分野で世界をリードする技術力を示しました。