トロント大学の研究チームは、高効率のペロブスカイト太陽電池を低温の印刷プロセスで作製する技術を開発した。

これまで課題となっていたキャリア選択層(ESL: electron selective layer)の形成にも低温プロセスを使えるようにすることで実現した。変換効率は20.1％と報告されている。研究論文は科学誌「Science」に掲載された。

低温の印刷法で試作したペロブスカイト太陽電池セル(出所：トロント大学)

ペロブスカイト太陽電池は、ここ数年間の研究で飛躍的に変換効率が向上し、市販のシリコン太陽電池に性能が並びつつあるため、新世代の太陽電池として注目されている。シリコン太陽電池の製造過程で1000℃以上の高温プロセスや有毒な化学薬品などが使用されるのに比べて、ペロブスカイト太陽電池は液体中に溶かしたペロブスカイト系材料をガラスやプラスチック基板に印刷塗布する低温プロセスで作製できるという特徴がある。

ただし、実用的なペロブスカイト太陽電池を作製するには、光電変換層だけでなく、発生した電子の流れを取り出して電子回路に送り込むための良好なESLを形成する必要がある。従来のESLは、粉体状の材料を500℃程度の高温で熱処理して形成されていたため、低温プロセスに組み込むことが難しかった。

研究チームは今回、溶液に分散させたナノ粒子が電極表面で直接成長してESLを形成するという化学反応を新たに開発した。これによって熱処理の温度条件を150℃以下に下げられるため、高温では溶けてしまうプラスチック基板などにも適用できるようになるという。

塩素で封止したコロイド状の二酸化チタンナノ結晶薄膜がESLとして機能する。ESLによって、電極界面でのキャリアの再結合が軽減されるとともに、界面の結合性が向上するため、電子の抽出が効果的に行われるようになるという。これによって実際に太陽電池の外部に取り出して利用できる電気の量が増える。試作したぺロブスカイト太陽電池セルの変換効率は、セルサイズ0.049cm2で20.1％、1.1cm2で19.5％と報告されている。