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東京大学の瀬川浩司シニアリサーチフェロー、内田聡特任教授、張維娜特任研究員らの研究グループは4月21日、オールペロブスカイト2接合太陽電池で変換効率30.2%を達成したと発表した。達成値は、順構造ワイドギャップセルと逆構造ナローギャップセルを組み合わせたスペクトル分割型2接合4端子太陽電池について、775nmのビームスプリッタを用いる条件で確認した評価値だ。
順構造トップセルと逆構造ボトムセルの新構成
今回の特徴は、これまで主流だった逆構造同士の積層ではなく、順構造のトップセルと逆構造のボトムセルを組み合わせた点にある。順構造は光入射側から電子輸送層、ペロブスカイト、正孔輸送層の順で積層し、逆構造はその逆順となる。研究グループは、この方式としては世界で初めて30%超を観測したとしている。
順構造トップセルの高性能化では、ホットインジェクション法で合成したFAPbI3ナノ粒子を、2ステップ法によるペロブスカイト膜形成に用いた。研究グループは、この成膜技術がトップセルの性能向上に寄与したと位置づけている。
製造面でも従来法との差が大きい。先行研究では逆構造ワイドギャップセルの上に逆構造ナローギャップセルを積むため、一度に13層程度の成膜が必要だったが、今回は5層のトップセルと5層のボトムセルをそれぞれ独立に作製し、最後に組み合わせる考え方を採った。歩留まりや大面積化に向けた整理としても注目される。
張り合わせ実装への次段階
前述の通り、この変換効率は、スペクトル分割型4端子で得た値であり、2つのセルを張り合わせた一体型デバイスの達成値ではない。高効率を示した評価系と、実際の実装技術は切り分けてみる必要がある。
今後は、独立に作製した2セルを張り合わせる技術を開発し、大面積で軽量かつフレキシブルな高効率太陽電池につなげる狙いだ。異なるバンドギャップのセルで太陽光スペクトルを分担する多接合の利点を、製造性と両立できるかが次の課題となる。
論文はACS Omegaにオンライン掲載され、研究はNEDOの「太陽光発電導入拡大等技術開発事業」の支援を受けて実施された。30%超の効率を示した新構成を、張り合わせ実装でも再現できるかが今後の焦点になりそうだ。
