ペロブスカイト（灰チタン石）構造という結晶構造を持つ次世代太陽電池「ペロブスカイト太陽電池」の研究が進んでいる。有機無機混合材料を使い、安価で軽量のうえ、折り曲げも可能であり、現在主流のシリコン系太陽電池に代わると期待されている。この太陽電池を開発した桐蔭横浜大学の宮坂力特任教授はノーベル賞受賞の有力候補に挙げられており、日本発の新しい太陽電池が世界に広がろうとしている。

京大が大面積塗工に成功

　京都大学化学研究所の若宮淳志教授らは、次世代太陽電池のペロブスカイト薄膜の大面積塗工に成功した。軽くて柔軟性があり、従来より溶媒に溶けやすく、塗工後に乾きにくい材料を開発。高い濃度の溶液をゆっくり塗工できるようになった。従来、０・１平方センチメートルサイズしか作れなかったペロブスカイト薄膜太陽電池が、２２平方センチメートルまで拡大できた。光電変換効率の高い太陽電池を低コストで高効率に作れる。

　新材料はさまざまな溶媒に溶けやすい。乾燥し始める時間が従来より５０秒以上遅い溶媒を使っても、１０分以内に完全に溶かせる上、従来より高濃度の溶液が作れる。厚さ３５０ナノメートル（ナノは１０億分の１）の均一な膜が作製できる。

　高速回転で膜を作成中に溶解性の低い溶媒を加える工程は、従来は塗布から８秒後と早かったが、新材料では８２―９５秒後のどのタイミングでも均一な高品質薄膜ができる。

　今後、導電塗装を手がけるプラスコート（京都府久御山町）や京大発ベンチャーのエネコートテクノロジーズ（京都市左京区）などとの共同研究を進める。２０２１年をめどに量産化技術の確立を目指す。

樹脂基板にインクジェットで低温成膜

　桐蔭横浜大学の宮坂力特任教授、戸邉智之大学院生らは、インクジェット（ＩＪ）法によるペロブスカイト層の低温成膜に成功した。一般的な樹脂基板の耐熱温度である１５０度Ｃ以下の条件で、ＩＪプリンターを使ってペロブスカイト太陽電池（用語参照）を作製し、同手法では世界最高のエネルギー変換効率１３・３％超を達成した。これまでＩＪ法では５００度Ｃ以上で成膜しており、樹脂基板に適用できなかった。折り曲げ可能なペロブスカイト太陽電池の早期実用化につながると期待される。

　紀州技研工業（和歌山市）と協力し、同社のエレクトロニクス用ＩＪプリンター「ＷＭ５０００」を使って、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）ガラス基板上にペロブスカイト層を成膜した。

　従来は太陽電池専用のガラス基板しか使えなかった。成膜条件を調整し、安価かつ樹脂基板コーティングにも使われているＩＴＯガラス上に成膜できた。

　変換効率は、ペロブスカイト層の厚みや表面粗さなどに影響を受ける。溶液の吐出サイズや印刷ピッチ、基板加熱温度など、最適な条件を検討した。

　その結果、１２０度Ｃ前後で最も変換効率が高くなり、ダブルカチオン型ペロブスカイト溶液を使う場合、１３・３％を達成した。耐久性が高く最も商品化に近いとされるトリプルカチオン型ペロブスカイトでも実験し、変換効率１２％超を得た。

　今後、ペロブスカイト層だけでなく、ペロブスカイト太陽電池作製の全工程へのＩＪ法適用を目指す。


　ペロブスカイト太陽電池を開発した宮坂教授は、２０１７年に米科学情報企業のクラリベイト・アナリティクスが学術論文の被引用数などを基に予想する、ノーベル賞受賞の有力候補者の１人として選定されている。