無鉛ペロブスカイト太陽電池｜上智大らが開発した耐久性と変換効率の両立手法

索比光伏网 (SolarBE) 中国

概要

上智大学などの研究チームが、鉛を錫（スズ）で代替した無鉛ペロブスカイト太陽電池の新技術を開発しました。錫とヨウ素からなる導電層と、不導電の有機分子層を交互に積層する構造を採用し、水や酸素の侵入を防ぐことで耐久性を向上させています。これにより、環境負荷と安全性を低減したペロブスカイト電池の実用化に向けた前進が期待されます。

詳細

主要成果

上智大学などの研究チームは、ペロブスカイト太陽電池において有毒な鉛を錫で代替し、耐久性と変換効率を同時に向上させる新技術を開発しました。この手法を用いることで、錫の酸化を抑制し、100日経過後でも初期性能の約85%を維持することに成功しています。

技術・詳細

従来のペロブスカイト電池は、ヨウ素や鉛などの原子が特殊な結晶構造を形成して光を吸収しますが、鉛の毒性が課題となっていました。性質が似ている錫への代替研究が進められてきましたが、錫は酸化しやすく結晶構造を破壊するため、変換効率と耐久性を両立させることが困難とされてきました。

今回の研究では、ペロブスカイト層を以下の構造で設計しています。

• 錫とヨウ素で構成される「導電層」
• 不導電の「有機分子層」

これらを交互に積層させることで、有機分子層がバリアとなり、水や酸素の侵入を阻止して耐久性を高めています。また、有機分子層の導入は一般に電気抵抗を増大させ、変換効率を低下させる要因となりますが、研究チームは添加剤を加えることでこの効率低下を抑制しました。

背景・業界の文脈

ペロブスカイト太陽電池は次世代の光電変換技術として注目されていますが、実用化にあたっては環境負荷の低減と安全性の確保が不可欠です。特に、人間が生活する空間に近い場所への設置を想定した場合、鉛のような有毒物質を含まない「無鉛化」の実現は極めて重要な意義を持ちます。

今後の展望

本技術を用いた電池の変換効率は、現時点では依然として含鉛ペロブスカイト電池を下回っています。上智大学の竹岡裕子教授率いるチームは、今後は変換効率のさらなる向上および、実用化に向けた大面積化に取り組むとしています。

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