#13 成均館大学、原子層堆積法（ALD）でスケーラブルな逆型ペロブスカイト太陽電池を開発、効率27.3%を達成

RSC Advances 韓国

概要

韓国の成均館大学の研究チームは、原子層堆積法（ALD）を用いて、スケーラブルな逆型ペロブスカイト太陽電池（iPSCs）の開発に成功しました。この技術は、ラボスケールから大面積モジュールへの移行時に発生する性能低下という商用化の主要課題を克服することを目指しています。ALDで形成された超薄型の酸化ニッケル（NiO）ホール輸送層（HTL）は、精密な膜厚制御と高い共形性を実現し、27.3%の光電変換効率を達成。改善された動作安定性、低いヒステリシス、柔軟な基板との互換性を示し、タンデムデバイスへの統合も期待されます。

詳細

背景

ペロブスカイト太陽電池は、その優れた光電変換効率により、次世代太陽電池として大きな注目を集めています。しかし、実験室規模の小型セルで達成される高効率が、大面積のモジュールへとスケールアップする際に顕著に低下するという問題は、その商業化を阻む主要な障壁の一つでした。特に、溶液プロセスで形成される膜の均一性や品質制御が大面積化において課題となり、精密な薄膜形成技術が求められていました。また、逆型ペロブスカイト太陽電池（iPSCs）は、その安定性とヒステリシス特性の優位性から特に有望視されています。

主要内容

韓国の成均館大学の研究者チームは、原子層堆積法（Atomic Layer Deposition, ALD）という精密な薄膜形成技術を用いて、スケーラブルな逆型ペロブスカイト太陽電池（iPSCs）の開発に成功しました。この研究では、デバイスの活性面積を0.06、0.25、1 cm²と体系的に変化させて性能を評価することで、大面積化に伴う本質的な性能損失を特定しました。その上で、ALDを用いて超薄型の酸化ニッケル（NiO）ホール輸送層（HTL）を堆積させる革新的なアプローチを採用しました。ALDは、溶液プロセスやゾルゲル法によるNiO膜と比較して、nmレベルでの精密な膜厚制御と、基板に対する高い共形性（コンフォーマル性）を実現します。この精密な制御により、界面欠陥が減少し、電荷輸送が最適化された結果、27.3%という非常に高い光電変換効率（PCE）を達成しました。さらに、開発されたデバイスは、改善された動作安定性、低いヒステリシス、そして柔軟な基板との互換性を示し、将来的なタンデムデバイスへの統合の可能性も示唆しています。

影響と展望

成均館大学によるALDを用いたスケーラブルなiPSCsの開発は、ペロブスカイト太陽電池の商業化における重要な課題である大面積化とそれに伴う性能低下の問題を克服する上で画期的な成果です。ALDは既存の半導体産業で広く用いられている技術であり、その導入はペロブスカイト太陽電池の製造プロセスの産業適合性を高めます。精密な膜厚制御と均一性は、大面積モジュールの品質と歩留まりを大幅に向上させ、製造コストの削減にも貢献するでしょう。この技術は、高効率なタンデム太陽電池、特に全ペロブスカイトタンデムやペロブスカイト/シリコンタンデムの製造において、上部または下部セルとして極めて有効なアプローチとなる可能性を秘めています。今後、ALDのプロセス最適化と、実際の量産ラインへの適用、そして屋外環境での長期信頼性評価が、この技術のさらなる普及と社会実装を加速させるための鍵となるでしょう。韓国の研究が、次世代太陽電池の産業化をリードする一例として注目されます。