ペロブスカイト太陽電池量産に新しい製法

April, 14, 2021, LOS ALAMOS--安定したペロブスカイト太陽電池製造の新しい､より簡素なソリューションは､大規模製造､この有望な再生可能エネルギー技術商用化の重要なボトルネックを克服する｡これは､10年以上､手が出せずに苦しめていたものである｡

｢われわれの成果は､近い将来､大型ソーモジュールのローコスト､高スループット商用規模製造の下準備となる｣と､ロスアラモス国立研究所､集積ナノテクノロジーセンタ(Center of Integrated Nanotechnologies)の研究者､Wanyi Nieはコメントしている｡同氏は､Joule誌に発表された論文の責任著者｡｢われわれは､2つのミニモジュールでそのアプローチを実証できた｡モジュールは､大幅に延長された動作寿命で､太陽光を電力に変換するチャンピオンレベルに到達した｡このプロセスは容易で,ローコストであるので､産業規模で拡張製造に簡単に適用できるとわれわれは考えている｣｡

期待が大きなソーラ技術
ペロブスカイトフォトボルテイック(PV)は､数10年､市場で､よく知られているシリコンベースPVと実行可能な競合と見られており､過去10年､大いに期待された新興技術である｡商用化は､その分野の大課題へのソリューションの欠如で阻まれてきた｡つまり､ベンチトップから工場フロアへ､高効率ペロブスカイトソーラセルモジュールの製造を拡張することである｡

チームは､国立台湾大学(NTU)の研究者と協力してワンステップスピンコーティング法を開発した｡ここでは､ペロブスカイト先駆物質に添加物としてスルホランを加えている｡これは､化学反応を通してペロブスカイト結晶を作る液体材料である｡他の製法と同様に､その結晶は,基板に堆積される｡

　その新しいプロセスによりチームは､太陽光から高効率に電力を作る高収率､大面積PVデバイスを作製できた｡これらのPVソーラセルは､稼働時間も長い｡

　簡素な浸漬法で､チームは､2つのミニモジュールの広いアクティブエリアをカバーする均一な高品質ペロブスカイト薄膜を堆積することができた｡モジュールの1つは､16cm2､他方は約37㎝2｡PVモジュールの全領域に均一な薄膜を形成することは､デバイスに性能にとって重要である｡

トップのパワー変換効率
ミニモジュールが､それぞれパワー変換効率17.58% と 16.06%を達成した｡これは､今まで報告された中でトップに入る｡パワー変換効率は､太陽光がいかに効率的に電気に変換されるかの尺度である｡

　他のペロブスカイト製造法では､産業規模製造の主要な障害の1つは､狭いプロセスウインドウである｡つまり､基板に膜が形成される間の時間｡その下の層によく結合された均一な結晶膜を得るには､蒸着プロセスが数秒以内に厳しく制御されなければならない｡

　ペロブスカイト先駆物質でスルホランを使うことで､プロセスウインドウを9秒から90秒に延ばし､広い面積に高い結晶性のコンパクトな層を形成するが､プロセス条件への依存性は少ない｡

スルホラン法は､既存の工業製法技術に簡単に適用できるので､商用化への道が開ける｡

ペロブスカイトは､鉱物ペロブスカイトと同じ特別な結晶構造の材料である｡ペロブスカイトは､極薄膜に改変し製造可能であり､これは太陽PVセルに役立つ｡

(詳細は､https://www.lanl.gov/)