OIST,ペロブスカイトの劣化要因を発見

沖縄科学技術大学院大学(OIST)は,ペロブスカイト太陽電池(PSCs)の急速な劣化要因を調査し,MAPbI3ペロブスカイトの劣化を防ぐ方法は存在しない可能性があることを発見した(ニュースリリース)。

優れた電力変換効率と,低コストで製造できる特徴を持つ有機無機複合層状ハロゲンペロブスカイトを材料として利用するペロブスカイト太陽電池が,光発電技術の分野で話題となっている。

ペロブスカイトは結晶構造の一種で,様々な化学結合により形成することができる。太陽電池に適用できる数あるペロブスカイト材料の中でも,ヨウ化鉛メチルアンモニウム(MAPbI3)が最も広く研究されている。

この材料を使った太陽電池の変換効率は20%を超え,Si太陽電池に比べて低コストでの製造が可能。しかし,耐用年数が短いことから,Si太陽電池に替わって実用化されるまでには至っていない。

これまで多くの研究者が,空気や湿気,熱といった外的環境をMAPbI3の劣化要因として挙げてきた。しかし,それらの要因を全て取り除いてもなお太陽電池の劣化が止まなかったことから,研究グループは原因はPSCsそのものが有する特性にあると考えた。

研究の結果,ヨウ素を含むペロブスカイトは,太陽電池作動中にガス状ヨウ素(I2)を放出し,それがペロブスカイトのさらなる劣化要因となっていることを明らかにした。

ヨウ素を含むこれらのPSCsはおのずとヨウ素蒸気にさらされるため,MAPbI3ペロブスカイト化合物からヨウ化鉛(PbI2)へと急速に分解される。ヨウ素の蒸気圧は周りの圧力よりも高いので,ペロブスカイト材料の他の部分にもすぐに浸透し,太陽電池全体の性能を劣化させる。

研究グループは,今回の研究結果により,ペロブスカイトが有望な太陽電池材料の対象から除外されるというわけではなく,様々な望ましい光起電力特性に加え,ヨウ素含有量を少なくしたもの,あるいはヨウ素放出が原因で生じる劣化に耐えられる構造を備えた新しい材料が必要であるということが明らかになったとしている。

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