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Press Release

ペロブスカイト太陽電池で変換効率18%超を達成

―標準面積(1cm2)のセルで世界初―
2016年3月28日
国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構
理事長 古川一夫

NEDOと国立研究開発法人 物質・材料研究機構(NIMS)は、ペロブスカイト太陽電池の標準面積(1cm2)のセルで、世界で初めて18%を超えるエネルギー変換効率を達成しました。

1.概要

環境・エネルギー問題の解決のために、太陽光エネルギーを利用する太陽電池が注目され、現在シリコン系太陽電池が実用化されています。生産量の拡大により製造コストは大幅に低下してきましたが、火力などの従来発電方法と比べると発電コストはまだ高く、そのため低コストで製造可能な高効率太陽電池が求められています。

ペロブスカイト太陽電池※1(図)は、廉価な材料で構成されており、塗布という簡易な方法で大量生産が可能であることから、製造コストを大幅に下げられる可能性があります。そこでNEDOは太陽光発電開発戦略で掲げる発電コスト目標7円/kWhを実現する太陽電池として「高性能・高信頼性太陽光発電の発電コスト低減技術開発」プロジェクトを推進しています。近年、この塗布プロセスで製造可能なペロブスカイト太陽電池の開発は世界中で活発に行われており、20%を超えるエネルギー変換効率※2(セル面積0.1cm2程度)が報告された例もあります。しかし、面積の小さいセルでは、測定誤差が大きく、他の太陽電池との性能比較ができません。

こうした中、NEDOとNIMSは、ペロブスカイト層の高品質化や太陽電池構造の高性能化の最適化を行い、この度、1cm角のセルにおいて世界で初めてエネルギー変換効率18.2%を達成しました。

  • 図 ペロブスカイト太陽電池の構造
    図 ペロブスカイト太陽電池の構造

2.今回の成果

今回の研究では、太陽光の吸収効率を上げるためにペロブスカイト材料における2種類のカチオン※3の混合比を最適化し、さらに一部ヨウ素を臭素に置き換えることによって、ペロブスカイト層において欠陥が少なく大きな結晶粒子を得ることができました。これにより、光照射で形成された電子とホールを効率よく取り出すことが可能になり、短絡電流密度※4を21mA/cm2以上に向上させることができました。さらに、ペロブスカイト層、電子輸送層、電子抽出層などの材料と膜厚の最適化に関する検討を行い、太陽電池内部の電気抵抗を低減することで、太陽電池の曲線因子※5を2割程度上げることに成功しました。

上記成果をベースに作製された1cm角の太陽電池について、国立研究開発法人産業技術総合研究所(AIST) 太陽光発電研究センターで測定した結果、変換効率18.2%が確認されました。

3.今後の予定

今回、面積1cm2のセルにおいて変換効率18.2%が実現できたことで、プロジェクトの目標である変換効率20%超が視野に入りました。そこで、今後この成果を基に、高性能の材料の組み合わせや各層の膜厚の最適化などの検討を行い、今年中に1cm角のペロブスカイト太陽電池で変換効率20%を目指します。また、民間企業との共同で、これらの成果の実用化研究を積極的に推進することにより、従来型火力発電並みのコスト(7円/kWh)を実現し、さらなる太陽電池の普及に貢献します。

【用語解説】

※1 ペロブスカイト太陽電池
色素増感太陽電池と類似の構造をもち、ペロブスカイトという結晶構造をもつ薄膜を発電層に用いた太陽電池。
※2 (太陽電池の)エネルギー変換効率
入力される太陽輻射光のエネルギーと、太陽電池から取り出せる電気出力エネルギーの比をパーセントで表したもの。
※3 カチオン
正の電荷をもつイオン(陽イオン)。ここではペロブスカイト構造を構成している原子や分子の一つをさす。
※4 短絡電流密度
短絡電流(光照射時に電池の端子が短絡した時の電流)を有効受光面積で割ったもの。
※5 曲線因子
最大出力を開放電圧と短絡電流密度との積で除した値。太陽電池の特性を表すパラメータの一つで、主に内部直列抵抗、並列抵抗及びダイオード因子に左右される。

4.問い合わせ先

(本ニュースリリースの内容についての問い合わせ先)

NEDO 新エネルギー部 担当:佐藤、竿本 TEL:044-520-5277

(その他NEDO事業についての一般的な問い合わせ先)

NEDO 広報部 担当:坂本、佐藤、髙津佐 TEL:044-520-5151 E-mail:nedo_press@ml.nedo.go.jp