🌐 This site is also available in English Visit English Site →
🌐 English

電荷輸送層とセル構造|ペロブスカイト太陽電池 技術解説

技術・機関・企業解説の一覧へ戻る

TECHNOLOGY EXPLAINER

電荷輸送層とセル構造
― 吸収層を「2枚の選別フィルター」で挟む

ペロブスカイト太陽電池の性能と寿命は、光を吸う層そのものと同じくらい、 その上下に接する薄い層で決まります。 電子だけを通す層と、正孔だけを通す層。どちらを下に置くかでn-i-pとp-i-nに分かれ、 使える材料と工程温度が変わります。

構成:Solar cell efficiency tables(Version 68)、査読論文(JACS・Science・Nature・Nature Energy・Scientific Reports・Chemical Science・Nature Communications)を一次情報として使用/最終更新 2026年9月

暗い背景の中で、背後からの柔らかな光を透かす無地のガラス板に、ごく薄い半透明の膜が均一にかかっている概念イメージ
概念図(AI生成イメージ)。「光は通し、電荷は選り分ける薄い膜」という発想を雰囲気として表現したものです。実際の膜の色・厚み・デバイス構造・製品を示すものではありません。
この記事の構成
  1. 電荷輸送層とは何か(3行でつかむ)
  2. 基本構造 ― 吸収層を2つの選別層で挟む
  3. n-i-p と p-i-n ― 下に置くのはどちらか
  4. 歴史 ― 色素増感太陽電池から出発した構造
  5. 電子輸送層の材料
  6. 正孔輸送層の材料
  7. 素材技術者の視点①:ドーパントは「吸湿する塩」だった
  8. 素材技術者の視点②:積む順番が、使える材料を決める
  9. 効率の現在地と、本稿の計算
  10. 強みと課題
  11. 用語集/参考資料/出典対応表
本記事の表記ルール

事実=公表資料に記載のある内容(出典リンクあり)
本稿の計算=明示した前提をもとに本記事が算出した値
未確定/将来=計画・目標・見通しであり、実績が確認できていない事項
このほか、構造の整理や材料設計上の読み取りは「解説」として区別しています。 変換効率には認証の有無・セル/モジュールの別・面積を必ず併記します。

1. 電荷輸送層とは何か(3行でつかむ)

ペロブスカイトの層に光が当たると、電子と正孔ができます。 これを別々の電極へ運ぶのが電荷輸送層(電子輸送層 ETL・正孔輸送層 HTL)です。

  • 何をする層か:Chemical Science 誌の総説(Schloemer ら, 2019)は、正孔輸送層が正孔を通し、電子をせき止める通り道となることで再結合を減らし、曲線因子と効率を上げると説明しています事実
  • なぜ重要か:同じ総説は、正孔輸送層が安定性に決定的だとし、その理由としてペロブスカイトに直接接すること、吸湿性で動きやすい Li⁺ などのイオンを含むことが多いこと、積層の中で熱安定性がもっとも低いことが多いことを挙げています事実
  • どこに接点があるか:輸送層には、酸化物(TiO2・SnO2・NiOx)、フラーレン(C60・PCBM)、有機小分子(spiro-OMeTAD)、高分子(PTAA・PEDOT:PSS)、単分子膜(SAM)と、無機・有機の両方の材料が使われます(本記事による整理)
この記事でいちばん大事な一行

ペロブスカイトは、自分の上に来る層の作り方を選びます。 Schloemer らは、ペロブスカイトが後から積む層の厳しい工程に耐えられないため、 高温が要る酸化物の正孔輸送層はペロブスカイトの下に置く構成(p-i-n)でしか使いにくいと述べています事実。 輸送層の材料選びは、積む順番と工程温度の問題でもあります。

2. 基本構造 ― 吸収層を2つの選別層で挟む

電子は右へ、正孔は左へ ― 輸送層は「選別フィルター」(概念図) 縦方向はエネルギーの高さを模式的に示す。数値は描いていない(本記事による模式図) 正孔輸送層 ペロブスカイト(吸収層) 電子輸送層 伝導帯(電子の通り道) 価電子帯(正孔の通り道) 電子は高い壁で止まる 正孔は通る 電子は通る 正孔は深い壁で止まる ※ 正孔輸送層が「正孔を通し電子をせき止める」役割はSchloemerら[参考資料6]の説明によります。 ※ 線の高さは模式で、特定材料のエネルギー準位の値を示すものではありません。 ※ 左右の配置は説明のためのもので、実際のセルでは上下(積層方向)に並びます。
図1 概念図(ベクター作図)。輸送層の役割の説明は Schloemer らの総説[参考資料6]によります。線の高さ・間隔は模式で、特定材料のエネルギー準位の値を示すものではありません。左右に並べたのは本記事による説明上の配置です。

Schloemer らは、各層のエネルギー準位と移動度が高度にそろって釣り合っている必要があり、 それが電荷の滞留と再結合を防ぐと説明しています事実。 輸送層は「電気を通す膜」ではなく「片方だけを通す膜」だというのが、この構造の要点です(本記事による解説)。

3. n-i-p と p-i-n ― 下に置くのはどちらか

ペロブスカイト太陽電池は、透明電極付きの基板から順に積み上げて作るのが一般的です。 このとき、基板の側に電子輸送層(n)を置くか、正孔輸送層(p)を置くかで2つの構造に分かれます。 Schloemer らは、n-i-p を「基板/電子輸送層/ペロブスカイト/正孔輸送層」、p-i-n を「基板/正孔輸送層/ペロブスカイト/電子輸送層」と定義しています事実。 p-i-n は歴史的な経緯から「逆型(inverted)」とも呼ばれます。

n-i-p(順型)と p-i-n(逆型)の代表的な層構成 どちらも下のガラス側から光が入る。材料は代表例(本記事による整理) n-i-p(順型) p-i-n(逆型) 金属電極(Au など) 正孔輸送層:spiro-OMeTAD など ペロブスカイト 電子輸送層:TiO2・SnO2 など 透明電極(FTO・ITO) ガラス基板 金属電極(Ag・Cu など) 電子輸送層:C60・PCBM+BCP など ペロブスカイト 正孔輸送層:NiOx・SAM・PTAA など 透明電極(FTO・ITO) ガラス基板 上の正孔輸送層は低温で作る必要 高温が要る酸化物を下に置ける ※ n-i-p・p-i-n の定義と酸化物正孔輸送層の制約はSchloemerら[参考資料6]、p-i-nの層の例はChenら[参考資料9]によります。 ※ 層の厚み・色は模式です。実際の構成は研究ごとに異なり、界面処理の層などは省略しています。
図2 概念図(ベクター作図)。構造の定義と酸化物の正孔輸送層に関する制約は Schloemer らの総説[参考資料6]、p-i-n の層構成の例は Chen ら[参考資料9]、n-i-p の電子輸送層の例は Kim ら[参考資料2]・Jiang ら[参考資料4]によります。層の厚み・色は模式で、特定の記録セル・製品の断面ではありません。

いまはどちらが主流か

2025年の Nature Communications 論文(Chen ら)は、逆型(p-i-n)が作製が簡単で、ヒステリシスが小さく、安定性が高く、フレキシブルやタンデムと相性がよいことから注目され、 自己組織化単分子膜(SAM)の発展によって効率でも順型を上回ったと述べています事実。 タンデムについても、Hooijer らは高効率の実証の多くがp-i-n 型の薄膜の再結合接合で占められていると整理しています事実。

ただし、どちらが最終的に主流になるかは、効率だけでなく耐久性や量産工程で決まります。 本稿の調査範囲では、量産品でどちらの構造が採用されているかを一次情報で横断的に確認することはできませんでした未確定/将来。

4. 歴史 ― 色素増感太陽電池から出発した構造

セル構造の変遷(本記事による整理) 各論文の報告値。認証の有無は下段に記載。面積はそれぞれ異なる 2009年 2012年 2012年 2016年 2025年 2026年 3.8% 9.7% 10.9% 19.9% 26.0% 28.0% 液体電解質 多孔質TiO2 固体の正孔輸送 spiro-MeOTAD 絶縁性のAl2O3 を足場に 平面型・SnO2 150℃で作製 逆型・SAM 低温逐次成膜 効率表 0.051 cm² 論文報告値 論文報告値 論文報告値 認証値 認証値 第三者測定 ※ 2009年Kojimaら[参考資料1]、2012年Kimら[参考資料2]・Leeら[参考資料3]、2016年Jiangら[参考資料4]、   2025年Chenら[参考資料9]、2026年は効率表 Version 68[参考資料10]によります。 ※ 2009年の値は論文の報告値で、第三者認証を示す記載は要旨にありません。2012年の2件も要旨に認証の記載はありません。 ※ 面積・測定条件が異なるため、数字を直接比べることはできません。点の間隔は年数に比例していません。
図3 概念図(ベクター作図)。各時点の構造と効率は、それぞれの論文[参考資料1〜4・9]と効率表 Version 68[参考資料10]によります。6つの節目を選んだのは本記事によるもので、網羅的な年表ではありません。面積・測定条件・認証の有無が異なるため、効率の直接比較はできません。
年報告構造上のポイント
2009年Kojima ら(JACS)ペロブスカイトのナノ結晶を多孔質 TiO2 の上の「増感剤」として使った光電気化学セル。CH3NH3PbI3 で効率 3.8%
2012年Kim ら(Scientific Reports)液体電解質の代わりに固体の正孔輸送材料 spiro-MeOTAD を多孔質 TiO2 の細孔に充填。効率 9.7%。液体接合のセルに比べて安定性が大幅に改善
2012年Lee ら(Science)絶縁性の多孔質アルミナを足場にし、電子がペロブスカイトの中を通るようにした「メソ超構造」セル。効率 10.9%、開放電圧 1.1 V 超
2016年Jiang ら(Nature Energy)低温の溶液プロセスで作る SnO2 ナノ粒子を電子輸送層にした平面型。ほぼヒステリシスなし、認証効率 19.9 ± 0.6%、150℃で作製可能

すべて事実(Kojima ら[参考資料1]、Kim ら[参考資料2]、Lee ら[参考資料3]、Jiang ら[参考資料4])。

この流れを材料の側から見ると、「電解液を固体に置き換える」「多孔質の足場を薄くし、やがて平面にする」「高温焼成の酸化物を低温で作れる材料に替える」という3つの変化が重なっています(本記事による解説)。 Schloemer らも、固体の正孔輸送層の導入が最初のブレークスルーであり、spiro-OMeTAD の層なしにはこの技術がこれほど注目されなかったかもしれない、と書いています事実。

5. 電子輸送層の材料

材料主な構造一次情報の記載
TiO2(多孔質・緻密層)n-i-p初期のセルで多孔質 TiO2 が電子を受け取る足場として使われた(Kojima ら、Kim ら)。Jiang らは、平面型の TiO2 系 n-i-p はヒステリシスが出やすく、安定した効率が低い傾向があると指摘
SnO2n-i-pTiO2 より伝導帯が深く、電子移動度が高い。ペロブスカイトから電子輸送層への電荷移動を高め、界面の電荷の滞留を減らす(Jiang ら)
C60・PCBM(フラーレン)p-i-n、タンデムp-i-n の電子側に使われる。Chen らは PCBM/BCP/Cu の順に積んでいる。タンデムでは C60 の上に ALD の SnO2 を重ねるのが一般的(Hooijer ら)

すべて事実(Kojima ら[参考資料1]、Kim ら[参考資料2]、Jiang ら[参考資料4]、Chen ら[参考資料9]、Hooijer ら[参考資料8])。

6. 正孔輸送層の材料

材料分類一次情報の記載
spiro-OMeTAD有機小分子(n-i-p の上側)もっとも広く使われる小分子の正孔輸送材料で、もとは固体の色素増感太陽電池のために開発された。合成コスト、低い熱安定性、低い固有の導電率と移動度のため、Schloemer らは商用化には向かないとしている
PTAA・P3HT・PEDOT:PSS高分子固有の導電率と移動度が比較的高い。溶液で塗れ、熱安定性と疎水性もまずまず(PEDOT:PSS は親水性で例外)。ただしロットごとの分子量のばらつきが物性と性能を変え、分子量をそろえるとコストが上がる
NiOx・CuSCN など無機安定性の向上が期待できるが、高い工程温度などが必要で、酸化物の正孔輸送層は主に p-i-n(ペロブスカイトの下)で使われる。CuSCN は n-i-p でも使えるが、ペロブスカイトを溶かさずに被覆する工程に難しさがある
SAM(自己組織化単分子膜)単分子膜(p-i-n の下側)Me-4PACz など。逆型の効率が順型を上回った要因とされる(Chen ら)。高温でアニールすると脱離しやすい(同)

すべて事実(Schloemer ら[参考資料6]、Chen ら[参考資料9])。SAM は本シリーズ「自己組織化単分子膜」編で詳しく扱います。

SAM を正孔選択層に使う方法は、2020年に HZB などのグループがシリコンタンデムで認証効率 29.15% を報告した論文でも使われ、 正孔の取り出しを速める効果が示されています事実。

7. 素材技術者の視点①:ドーパントは「吸湿する塩」だった

素材技術者の読みどころ:導電性を上げる添加剤が、寿命を削る

spiro-OMeTAD のような有機小分子は、そのままでは電気を通しにくいため、ドーパント(添加剤)を加えて使います。 Schloemer らによると、ほぼ例外なく使われてきたのがリチウム塩(LiTFSI)とコバルト錯体(FK209)で、 これらは正孔移動度と導電率を上げる一方、ペロブスカイト太陽電池の安定性と寿命を損なうことが示されています事実。 ドーパントは吸湿性で動きやすいイオン(Li⁺ など)を含むことが多く、封止の有無にかかわらず安定性を大きく下げる、とも述べています事実。

ここには素材技術者にとって見慣れた構図があります。 導電性を出すためにイオン性の添加剤を入れると、そのイオンが水を呼び、移動する。 帯電防止剤を練り込んだ樹脂がブリードアウトしたり、湿度で抵抗値が変わったりするのと同じ種類の問題です(本記事による解説)。

高分子の正孔輸送材料にも別の素材課題があります。Schloemer らは、ロットごとの分子量のばらつきが熱・形態・光電特性と性能を変え、 分子量の一貫性を保つとコストが大きく上がると指摘しています事実。 分子量分布の管理は、高分子メーカーが日常的に取り組んできた品質管理そのものです。 研究室の1ロットで出た効率を量産で再現するには、この層のロット間の再現性が効いてきます(本記事による解説)。

8. 素材技術者の視点②:積む順番が、使える材料を決める

2025年の Chen らの p-i-n セルを例に、各層をどの温度で作っているかを並べてみます。

積むほど下がる工程温度 ― p-i-nセルの一例(Chenら, 2025) 棒の長さは各層の成膜・アニール温度(℃)。左から積層の順 500℃ 100℃ 110℃ 100℃ 70℃ 70℃ 蒸着 NiO SAM ペロブスカイト 表面処理 PCBM BCP Cu電極 スプレー熱分解 従来は150℃ ※ 温度と工程はChenら[参考資料9]の作製手順の記載によります。棒の長さは 1℃ = 0.34 px の比例尺です。 ※ ある1つの論文の例であり、p-i-nセル一般の工程温度を代表するものではありません。
図4 概念図(ベクター作図)。各層の温度と工程は Chen ら(Nature Communications, 2025)[参考資料9]の作製手順の記載によります。1つの論文の例を本記事が図にしたもので、p-i-n セル一般の工程温度を代表するものではありません。ペロブスカイト層は同論文の「低温逐次成膜」の条件(110℃)で、比較用の従来条件は150℃です。
素材技術者の読みどころ:熱の「予算」は、下の層から使い切られていく

Chen らのセルでは、最初の NiO 層だけが 500℃ のスプレー熱分解で作られ、その後は SAM が100℃、ペロブスカイトが110℃、 PCBM と BCP が70℃と、積むほど温度が下がっていきます事実。 高温が要る酸化物を一番下に置けるのが p-i-n の利点で、 Schloemer らの「酸化物の正孔輸送層は p-i-n でしか使いにくい」という指摘の具体例になっています(本記事による解説)。

面白いのは、下の層にも「耐えられない温度」があることです。 Chen らは、ペロブスカイトを2段階で作る逐次成膜が相転移に150℃の高温アニールを必要とし、 それがSAM を脱離させて埋もれた界面での非発光再結合を増やすと説明しています事実。 そこで添加剤で相転移のエネルギー障壁を下げ、110℃で完全に相転移させることで、開放電圧 1.21 V、認証効率 26.0% を得ました事実。

分子1層の膜が、上に積む層のプロセス温度を40℃下げさせた——ということです。 積層デバイスでは、材料の耐熱性は単独の物性ではなく、積層全体の工程設計の制約として効いてきます(本記事による解説)。

界面処理にも副作用がある

2022年の Nature 論文(Tan ら)は、ペロブスカイトの上面と輸送材料の界面に施す欠陥のパッシベーション処理が、 界面の仕事関数を負の方向(より n 型)にずらし、ハロゲン化物イオンの移動を活性化して不安定性を悪化させうることを示しました事実。 表面処理の良い効果と悪い効果のトレードオフが、この方法で得られる安定性向上の上限を決める、としています事実。 「欠陥を埋めれば良くなる」とは限らないということです。イオンの移動は本シリーズ「イオン移動と劣化」編、表面処理は「パッシベーション」編で扱います。

9. 効率の現在地と、本稿の計算

区分効率面積測定機関(時期)作製
セル(ごく小面積)28.0 ± 0.6%0.051 cm²(da)NPVM(2026年2月)海南大学
セル(約1 cm²)26.9 ± 0.8%1.017 cm²(da)NPVM(2025年3月)蘇州大学/UNSW/BaimaLake
ミニモジュール23.9 ± 0.5%19.48 cm²(da)NPVM(2025年3月)Microquanta、9セル
サブモジュール22.9 ± 0.5%756.0 cm²(da)NPVM(2025年9月)Mellow/暨南大学、45セル
モジュール22.1 ± 0.6%813.8 cm²(da)JET(2025年11月)RenShine/南京大学
モジュール(大型)19.3 ± 0.6%7,200 cm²(t)Fraunhofer ISE(2025年12月)RenShine Solar

すべて事実(効率表 Version 68[参考資料10])。単接合のペロブスカイト太陽電池の値です。28.0% は面積が小さいため「注目すべき例外」の扱いで、表中で「安定性は調べていない」との注が付いています。他の値にも初期性能などの注があります。これらのセルがどの輸送層・構造を使っているかは、効率表からは分かりません。

効率表の著者らは、28.0% について「セル面積は3,000倍以上小さいが、単接合ペロブスカイトの最高値がシリコンの最高値に並んだのは初めて」と注記しています事実。

本稿の計算:17年間と、面積の壁
  • 効率の検算:28.0% のセルは Voc 1.199 V × Jsc 26.76 mA/cm² × FF 0.871 = 27.95 mW/cm² → 28.0%(表の値と一致)本稿の計算
  • 2009年との比:28.0 ÷ 3.8 = 約7.4倍。ただし2009年の値は液体電解質のセルで、面積も測定条件も異なります本稿の計算
  • 約1 cm² のセルとモジュールの差:26.9 − 22.1 = 4.8ポイント(813.8 cm²)、26.9 − 19.3 = 7.6ポイント(7,200 cm²)本稿の計算
  • 面積比:7,200 ÷ 1.017 = 約7,080倍本稿の計算

前提と限界:モジュールの値は面積の定義(da と t)が異なり、配線やスクライブによる損失も含みます。 測定時期も異なるため、差のすべてが面積の効果ではありません。

10. 強みと課題

暗い背景の中で、無地のガラス板の縁に沿って、ごく薄い膜が重なっていることを示す淡い色の帯が光を受けて浮かんでいる概念イメージ
図5 概念図(AI生成イメージ)。「ガラスの上に、性質の違う薄い膜を何層も重ねる」という構造を雰囲気として表現したものです。実際の層の数・厚み・色、断面像、製品を示すものではありません。
輸送層の材料面から見た強みと課題(本記事による整理) 強み 課題 無機・有機の幅広い材料を選べる SnO2は150℃の低温で作れる p-i-nは高温の酸化物を下に置ける SAMで逆型の効率が順型を上回った 逆型はタンデムとも相性がよい 約1 cm²のセルで26.9%(第三者測定) ドーパントの吸湿性・可動イオン 正孔輸送層の熱安定性が低い 高分子は分子量のばらつきとコスト SAMは高温で脱離しやすい 界面処理がイオン移動を招くことも 大型モジュールとの差は7ポイント超 ※ 各項目は各論文[参考資料1〜9]、効率表[参考資料10]、本稿の計算(第9章)によります。 ※ 2つに整理したのは本記事によるもので、業界で定まった評価ではありません。
図6 概念図(ベクター作図)。各項目は各論文[参考資料1〜9]と効率表 Version 68[参考資料10]の記載、および本記事の計算(第9章)によります。強みと課題の2つに整理したのは本記事によるもので、業界で定まった評価ではありません。

(1) 輸送層の「決定版」はまだない

Schloemer らの総説は2019年時点で、spiro-OMeTAD を超える性能を出すのは難しく、ドーピングなしで十分な導電性をもつ材料と、新しいドーパントの2つの方向で研究が進んでいると整理していました事実。 その後 SAM を使う逆型が伸びましたが、どの材料の組み合わせが量産の標準になるかは、本稿の調査範囲の一次情報では確認できませんでした未確定/将来。

(2) 長期の耐久性は構造ごとに確かめる必要がある

Chen らは封止したセルを ISOS-D-3(85℃・85%RH の暗所)や ISOS-L-2(光照射下の最大出力点追従)の手順で評価していますが、 これらは加速試験であり、屋外で何年もつかは本稿の調査範囲の一次情報では確認できませんでした未確定/将来。 評価の方法は本シリーズ「屋外試験と耐久性評価」編で扱います。

この記事のまとめ
  • 電荷輸送層は「片方の電荷だけを通す膜」で、吸収層の上下を挟みます事実
  • n-i-p は電子輸送層を下に、p-i-n(逆型)は正孔輸送層を下に置きます。逆型は SAM の発展で効率でも順型を上回ったとされます事実
  • 正孔輸送層のドーパント(LiTFSI など)は吸湿性で動きやすいイオンを含み、寿命を削ります事実
  • 高温が要る酸化物は下にしか置けず、積むほど工程温度は下がります。SAM の脱離を避けるため、ペロブスカイトの成膜温度を150℃から110℃に下げた例もあります事実
  • 約1 cm² のセルで26.9%、7,200 cm² のモジュールで19.3%(効率表)。差は7.6ポイントです本稿の計算

11. 用語集

電子輸送層(ETL)
吸収層で生じた電子を電極へ運び、正孔をせき止める層。
正孔輸送層(HTL)
吸収層で生じた正孔を電極へ運び、電子をせき止める層。
n-i-p(順型)
基板側から 電子輸送層/ペロブスカイト/正孔輸送層 の順に積む構造。
p-i-n(逆型)
基板側から 正孔輸送層/ペロブスカイト/電子輸送層 の順に積む構造。
spiro-OMeTAD
正孔輸送に広く使われてきた有機小分子。ドーパントを加えて使う。
ドーパント
導電率や移動度を上げるために加える添加剤。LiTFSI やコバルト錯体など。
フラーレン(C60・PCBM)
炭素原子のかご状分子とその誘導体。p-i-n の電子輸送層に使う。
BCP
電子輸送層と金属電極の間に入れる薄い有機層。
SAM(自己組織化単分子膜)
分子1層分の厚みで下地に結合する膜。p-i-n の正孔側に使われる。
ヒステリシス
電圧を掃引する向きによって電流-電圧特性が変わる現象。
メソポーラス(多孔質)構造
ナノメートル級の細孔をもつ膜。初期のセルで吸収層の足場に使われた。
逐次成膜(2段階法)
ヨウ化鉛の膜を先に作り、有機塩を後から反応させてペロブスカイトにする方法。
仕事関数
固体から電子を取り出すのに必要な最小のエネルギー。界面のエネルギーのそろい方を決める。

12. 参考資料(一次情報)

  1. Kojima, A. ほか「Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells」Journal of the American Chemical Society 131, 6050–6051(2009年) https://doi.org/10.1021/ja809598r
  2. Kim, H.-S. ほか「Lead Iodide Perovskite Sensitized All-Solid-State Submicron Thin Film Mesoscopic Solar Cell with Efficiency Exceeding 9%」Scientific Reports 2, 591(2012年、オープンアクセス) https://doi.org/10.1038/srep00591
  3. Lee, M.M. ほか「Efficient Hybrid Solar Cells Based on Meso-Superstructured Organometal Halide Perovskites」Science 338, 643–647(2012年) https://doi.org/10.1126/science.1228604
  4. Jiang, Q. ほか「Enhanced electron extraction using SnO2 for high-efficiency planar-structure HC(NH2)2PbI3-based perovskite solar cells」Nature Energy 2, 16177(2016年) https://doi.org/10.1038/nenergy.2016.177
  5. Tan, S. ほか「Stability-limiting heterointerfaces of perovskite photovoltaics」Nature 605, 268–273(2022年) https://doi.org/10.1038/s41586-022-04604-5
  6. Schloemer, T.H. ほか「Doping strategies for small molecule organic hole-transport materials: impacts on perovskite solar cell performance and stability」Chemical Science 10, 1904–1935(2019年、オープンアクセス) https://doi.org/10.1039/c8sc05284k
  7. Al-Ashouri, A. ほか「Monolithic perovskite/silicon tandem solar cell with >29% efficiency by enhanced hole extraction」Science 370, 1300–1309(2020年) https://doi.org/10.1126/science.abd4016
  8. Hooijer, R. ほか「Why more junctions do not yet deliver: interconnection challenges in perovskite multijunction solar cells」Energy & Environmental Science 19, 4582–4596(2026年、オープンアクセス) https://doi.org/10.1039/d6ee01631f
  9. Chen, M. ほか「Low-temperature sequential deposition for efficient inverted perovskite solar cells」Nature Communications 16, 5746(2025年、オープンアクセス) https://doi.org/10.1038/s41467-025-61144-y
  10. Green, M.A. ほか「Solar cell efficiency tables: Version 68」Joule 10, 102494(2026年) https://doi.org/10.1016/j.joule.2026.102494

13. 主張と出典の対応表(監査)

本文の主張根拠区分
ペロブスカイトのナノ結晶を多孔質 TiO2 上の増感剤として使った光電気化学セル、CH3NH3PbI3 で効率3.8%Kojima ら(JACS, 2009)出典1 https://doi.org/10.1021/ja809598r事実
固体の正孔輸送材料 spiro-MeOTAD を多孔質 TiO2 の細孔に充填、効率9.7%、液体接合のセルに比べて安定性が大幅に改善Kim ら(Scientific Reports, 2012)出典2 https://doi.org/10.1038/srep00591事実
絶縁性の多孔質アルミナを足場とし電子がペロブスカイト中を通るメソ超構造セル、効率10.9%、開放電圧1.1 V超Lee ら(Science, 2012)出典3 https://doi.org/10.1126/science.1228604事実
平面型の TiO2 系 n-i-p がヒステリシスを示しやすく安定効率が低い傾向。SnO2 が TiO2 より伝導帯が深く電子移動度が高いこと。低温溶液プロセスの SnO2 ナノ粒子、ほぼヒステリシスなし、認証効率19.9 ± 0.6%、150℃で作製可能Jiang ら(Nature Energy, 2016)出典4 https://doi.org/10.1038/nenergy.2016.177事実
表面のパッシベーション処理が仕事関数を負の方向(より n 型)にずらし、ハロゲン化物イオンの移動を活性化して不安定性を悪化させうること。そのトレードオフが安定性向上の上限を決めることTan ら(Nature, 2022)出典5 https://doi.org/10.1038/s41586-022-04604-5事実
正孔輸送層が正孔を通し電子をせき止めることで再結合を減らし曲線因子と効率を上げること。各層のエネルギー準位と移動度をそろえる必要。正孔輸送層が安定性に決定的な理由(ペロブスカイトに直接接する、吸湿性の Li⁺ など可動イオンを含む、熱安定性がもっとも低いことが多い)。n-i-p/p-i-n の定義。固体の正孔輸送層の導入が最初のブレークスルーで、spiro-OMeTAD なしには注目されなかったかもしれないこと。ペロブスカイトが後の層の厳しい工程に耐えられず、酸化物の正孔輸送層は高温などが必要で p-i-n でしか使いにくいこと。CuSCN の被覆の難しさ。高分子 HTM(PTAA・PEDOT:PSS・P3HT)の導電率と移動度、PEDOT:PSS の親水性、分子量のばらつきとコスト。spiro-OMeTAD が固体色素増感電池のために開発され、合成コスト・低い熱安定性・低い導電率と移動度のため商用化に向かないこと。LiTFSI と FK209 がほぼ常に使われ安定性と寿命を損なうこと。ドーパントが吸湿性・可動のイオンを含み封止の有無にかかわらず安定性を下げること。ドーピングなしの材料と新しいドーパントの2つの研究方向Schloemer ら(Chemical Science, 2019)出典6 https://doi.org/10.1039/c8sc05284k事実
自己組織化単分子膜を正孔選択層として使い、正孔の取り出しを速めたこと。シリコンタンデムで認証効率29.15%Al-Ashouri ら(Science, 2020)出典7 https://doi.org/10.1126/science.abd4016事実
高効率のタンデムの実証の多くが p-i-n 型の薄膜の再結合接合であること。タンデムで C60 の上に ALD の SnO2 を重ねることHooijer ら(Energy & Environmental Science, 2026)出典8 https://doi.org/10.1039/d6ee01631f事実
逆型が作製の容易さ・小さいヒステリシス・高い安定性・フレキシブルやタンデムとの相性で注目され、SAM の発展で効率でも順型を上回ったこと。逐次成膜の相転移に150℃が必要で、SAM が高温で脱離し埋もれた界面の非発光再結合が増えること。添加剤で110℃での完全な相転移、開放電圧1.21 V、認証効率26.0%。作製手順(FTO/NiO:スプレー熱分解500℃/Me-4PACz:100℃/ペロブスカイト:110℃(従来150℃)/PEACl:100℃/PCBM:70℃/BCP:70℃/Cu 90 nm 蒸着)。ISOS-D-3・ISOS-L-2 による評価Chen ら(Nature Communications, 2025)出典9 https://doi.org/10.1038/s41467-025-61144-y事実
効率表 Version 68 の単接合ペロブスカイト:28.0 ± 0.6%(0.051 cm²・da・NPVM・2026年2月・海南大学、Voc 1.199 V・Jsc 26.76 mA/cm²・FF 87.1%、安定性は調べていないとの注)、26.9 ± 0.8%(1.017 cm²・NPVM・2025年3月)、ミニモジュール23.9 ± 0.5%(19.48 cm²)、サブモジュール22.9 ± 0.5%(756.0 cm²)、モジュール22.1 ± 0.6%(813.8 cm²・JET・2025年11月)、19.3 ± 0.6%(7,200 cm²・全面積・FhG-ISE・2025年12月)。28.0% についての「3,000倍以上小さいが初めてシリコンの最高値に並んだ」との注記効率表 Version 68(Joule, 2026)出典10 https://doi.org/10.1016/j.joule.2026.102494事実
28.0% の Voc×Jsc×FF による検算(27.95 mW/cm²)。2009年との比約7.4倍。セルとモジュールの差4.8ポイント・7.6ポイント。面積比約7,080倍。図4の比例尺本稿の計算。比較する値は面積の定義・測定条件・時期が異なる本稿の計算
量産品でどちらの構造・どの輸送層の組み合わせが採用されているか。屋外での長期耐久性本稿の調査範囲の一次情報では確認できなかったため記載していない(解説)未確定/将来
輸送層を「片方だけを通す膜」とみなす整理。歴史を3つの材料的変化として読む整理。イオン性ドーパントの問題を帯電防止剤のブリードアウトや湿度依存と同じ種類とみなす読み取り。分子量分布の管理が量産の再現性に効くという読み取り。「熱の予算」が下の層から使い切られるという整理と、「分子1層の膜が上の層の工程温度を40℃下げさせた」という読み取り。材料の分類(図2・表)と強み・課題の整理公表内容にもとづく本記事の整理・解説。各研究者が表明した見解ではない解説
図1・図2・図3・図4・図6が説明のための作図であること。ヒーロー画像と図5がAI生成イメージであること本記事による注記(解説)解説

最終更新:2026年9月25日/出典は一次情報(効率表、査読論文)に限定しています。 効率の値には、認証の有無・セル/モジュールの別・面積・測定機関を併記しました。 効率表に載ったセル・モジュールがどの輸送層を使っているか、量産品の構造、屋外での長期耐久性については、公開された一次情報で確認できなかったため記載していません。 図はすべて説明用です。図1・図2・図3・図4・図6はベクター作図、ヒーロー画像と図5はAI生成イメージであり、いずれも実際の断面写真・顕微鏡像・製品の実物を示すものではありません。