鉛フリーで実現、期待の「ペロブスカイト太陽電池」：太陽光

[陰山遼将，スマートジャパン]

　現時点で量産や製品化には至っていないものの、次世代の太陽電池として注目されているペロブスカイト太陽電池。シリコン系の太陽電池より高い変換効率を実現できるポテンシャルが見込めるだけでなく、低い製造コストも期待できるためだ。

　東京農工大学と近畿大学らの研究グループは、ペロブスカイト太陽電池の主原料であるヨウ化鉛とは反応しないグアニジンヨウ化水素酸塩が、その代替材料であるヨウ化スズと反応し、太陽電池として動作することを発見した。人体に有害な鉛を用いない、安全かつ安定なペロブスカイト太陽電池の開発が期待できるという。

　ペロブスカイト太陽電池の基本となる材料は、無機物であるヨウ化鉛と、有機物であるメチルアミンヨウ化水素酸塩を反応させたペロブスカイト構造の有機無機ハイブリッド材料を用いる。だが、鉛は人体に有害であり、かつメチルアミンヨウ化水素酸塩は熱分解しやすい。これが実用化に向けた課題の1つとなっていた。

　今回、研究グループはグアニジンヨウ化水素酸塩が、ペロブスカイト構造のできやすさを示す指標である「トレランスファクター」からは、ヨウ化鉛より不利な、ヨウ化スズと反応することを発見した。さらにこの反応でできた薄膜の可視光吸収、X線回折、太陽電池動作を確認した。

　加えて、グアニジンヨウ化水素酸塩は熱安定性が高いため、ペロブスカイト太陽電池材料で一般的なメチルアミンヨウ化水素酸塩やホルムアミジンヨウ素酸塩とは異なり、高真空下で精密制御した真空蒸着法による薄膜の形成が可能なことも確認している。さらに真空蒸着中に液体を同時に蒸発させて結晶成長の制御を行う「共蒸発分子誘起結晶化法」により、ヨウ化スズの結晶粒子の大きさを制御し、非常に低い光電変換効率ではあるものの、太陽電池の短絡電流密度の向上にも成功したという。

共蒸発分子誘起結晶化法で結晶粒子の大きさを変化させたヨウ化鉛の薄膜表面の原子間力顕微鏡像　出典：東京農工大学

　作製したグアニジンヨウ化水素酸塩とヨウ化スズを反応させて用いた太陽電池の効率は現在のところ非常に低いが、今回得られた知見は人体に有害な鉛を用いない、安全なペロブスカイト太陽電池の研究開発の促進に役立つことが期待されるとしている。