ペロブスカイト太陽電池の耐久性向上で研究成果、市場投入に一歩前進

Tokyoライス大学の研究で、ペロブスカイト太陽電池をより安定化させる新しい方法が開発されました。これらの太陽電池は、効率的に機能するためにホルムアミジン鉛ヨウ化物（FAPbI3）結晶を使用しています。本研究は今日の『サイエンス』誌に掲載されています。研究者たちは、これらの結晶を太陽電池パネルに使用できる安定した高品質な薄膜へと変換する方法を発見しました。

研究の重要なポイント：

• FAPbI3 太陽電池の安定性が向上し、85度の環境下で1,000時間経過しても効率が3%未満しか低下しません。
• 4種類の異なる2Dペロブスカイトをテンプレートとして開発しました。
• 2D結晶でテンプレート化されたFAPbI3膜の品質と効率が向上しました。
• 2Dテンプレートを使用した太陽電池の安定性は、エンキャプスレーション層によってさらに改善されました。

ライス大学のエンジニアであるアディティヤ・モヒテはこのチームを率い、この進展を「大きな前進」と表現しました。2DペロブスカイトはFAPbI3素材の安定化に役立ちます。また、これらの2DペロブスカイトはFAPbI3結晶の形成と品質も向上させます。加えて、太陽電池は時間が経っても損傷に対する抵抗力が増しています。

大学院生であるアイザック・メトカーフ氏（筆頭著者）は、ペロブスカイト結晶が化学的および構造的に崩壊することを説明しました。FAPbI3は構造的にはそれほど安定していませんが、2Dペロブスカイトは両方の面でより安定しています。FAPbI3を安定かつ効率的に保つために、2Dペロブスカイトを指針として利用します。

研究チームは4種類の2Dペロブスカイトをテストしました。その中の2つは、FAPbI3と似た表面構造を持っていました。これらの適合性の高い2D結晶は、FAPbI3が高品質な薄膜を形成するのを容易にしました。この薄膜は内部の乱れが少なく、光に対してより良い応答を示し、それが高い効率に繋がりました。

2Dテンプレートを使用することで、太陽電池の耐久性が向上し、性能が改善されました。このテンプレートがない場合、電池は2日後には故障してしまいましたが、テンプレートを用いることで、故障することなく20日以上持続しました。さらに、保護層を追加することで、より安定性が増しました。

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これらの改善により、太陽電池の製造コストが下がり、より軽量で柔軟なデザインが可能になります。従来のシリコン製太陽電池とは異なり、ペロブスカイトフィルムは低温で加工できるため、プラスチックや柔らかな素材に太陽電池を製造することができ、さらに費用を抑えることができます。

シリコンは太陽電池の最も一般的な材料ですが、製造には多くの資源が必要です。それに対し、ペロブスカイトは2009年の3.9%から現在では26%以上の効率に向上しています。高品質なペロブスカイト太陽電池の製造は、シリコンパネルに比べてコストが低く、消費エネルギーも少なくて済みます。

クリーンエネルギーへの転換は重要です。国連によれば、化石燃料の代わりに太陽光発電が最良の選択肢の一つです。2030年までに温室効果ガスを削減するには、より優れた太陽光技術が必要です。また、2050年までに炭素排出量をゼロにすることも重要です。

主任技術者のアディティア・モヒテは、太陽エネルギーが非常に重要であると述べています。太陽光パネルの進歩は、環境に優しい電力源に依存しており、これは化学製造業など他の産業にも役立つでしょう。

この研究は、米国エネルギー省や国立科学財団など、複数の資金提供機関によって支援されました。アメリカ国内および海外の異なる研究機関の科学者たちが協力して本研究に取り組みました。彼らの共同の努力が進展の鍵となりました。

この発見により、ペロブスカイト太陽電池の市販化に一歩近づきます。