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世界最高の効率15.1%、東芝がペロブスカイト太陽電池で成果

2021/09/13 21:03
工藤宗介=技術ライター
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今回開発したフィルム型ペロブスカイト太陽電池
(出所:東芝)
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今回開発したフィルム型ペロブスカイト太陽電池
(出所:東芝)
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従来の塗布法の課題と、新たに開発した1ステップメニスカス塗布法
(出所:東芝)
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従来の塗布法の課題と、新たに開発した1ステップメニスカス塗布法
(出所:東芝)
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 東芝は9月10日、新たな成膜方法によりエネルギー変換効率15.1%を実現したフィルム型ペロブスカイト太陽電池を開発したと発表した。プラスチック基板で構成される受光部100cm2以上のフィルム型ペロブスカイト太陽電池モジュールにおいて世界最高効率になるという。

 同社は、2018年6月にペロブスカイト太陽電池としては世界最大サイズ703cm2のモジュールを開発している。今回、この世界最大サイズを維持しながら、成膜プロセスの高速化と変換効率の向上に成功した。

 1段階(1ステッププロセス)の成膜で、有機無機ハイブリッド型ペロブスカイト材料であるMAPbI3結晶の成長を制御できる「1ステップメニスカス塗布法」を開発した。MAPbI3インク、乾燥プロセス、装置を開発することで、大画面を均一に塗布することに成功したという。また、成膜プロセス工程が従来の半分になり、塗布速度は5cm角で量産時に必要と想定される毎分6mを達成した。

 従来採用してきた、PbI2膜の上からMAIを塗布することでMAPbI3膜を成膜する2ステッププロセスのメニスカス成膜法は、成膜時に未反応物や偏りが出ること、工程数が多いこと、塗布速度が低速であることから、より量産に適した手法が求められていた。また、スピンコート法による1ステッププロセスは、MAPbI3結晶の成長を制御することが難しく、大面積に均一に塗布するのが困難だった。

 今回開発した技術は、新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の「太陽光発電主力電源化推進技術開発」事業の成果になる。変換効率15.1%のペロブスカイト太陽電池を、東京都23区内の屋上および壁面の一部に設置した場合、原子力発電所2基分(東京都23区の家庭内年間消費電力量の3分の2相当)の発電が見込まれる。

 同社は今後、実用化サイズとして想定される受光部サイズ900cm2を目指してさらなる大面積化、およびペロブスカイト層の材料改良などで変換効率20%以上を目指す。これにより、ペロブスカイト太陽電池において製造コスト15円/Wの実現に貢献するとしている。

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