花王ら,液相法による中間バンド型太陽電池の作製に成功

花王,東京大学,九州工業大学の共同研究グループは,高エネルギー変換効率が期待される中間バンド型太陽電池を,世界ではじめて液相法により作製する技術開発に成功した(ニュースリリース)。

近年,高エネルギー変換効率が期待される太陽電池として,中間バンド型太陽電池が注目されている。この中間バンド型太陽電池は,バルク(母体)半導体中にナノサイズ半導体(量子ドット)を高密度充填したナノ構造体(光吸収層)が必要となる。

このナノ構造体は,従来,超高真空下で基板上に原子1層ずつの単結晶の膜を成長させるエピタキシー法などの「気相法」で作製されてきた。しかし,材料の制約や設備負荷などの点から,「気相法」で高エネルギー変換効率の中間バンド型太陽電池を安価で製造することには課題があった。

そこで研究グループは,コア技術である「液中におけるナノ界面・分散・結晶制御技術」,「太陽電池評価・解析技術」を駆使し,「液相法」で中間バンド型太陽電池が作製できれば,上記課題解決の突破口が開かれると考え,「液相法」による中間バンド型太陽電池の作製技術開発に挑戦してきた。

その結果,コート液をスピンコートする「液相法」により,ナノ構造体(光吸収層)を基板上に結晶成長させ,ペロブスカイト(臭化鉛メチルアンモニウム)バルク半導体中に平均粒径4nmの量子ドット(硫化鉛)を高密度充填したナノ構造体の作製に成功した。

また,作製したナノ構造体が,X線回折装置,電子顕微鏡,吸収・発光スペクトルなどによるナノ構造体の科学的解析により,中間バンドを形成した設計通りの光吸収層であることを確認。この光吸収層を含む太陽電池が,赤外バイアス光を用いた2段階光吸収評価システムによって,中間バンドを介した2段階光吸収により発電している,すなわち,中間バンド型太陽電池として機能していることを確認した。

今回,高エネルギー変換効率が期待される中間バンド型太陽電池の「液相法」作製の要素技術開発に成功した。この成果は,安価・軽量・フレキシブルな高エネルギー変換効率太陽電池の研究開発を加速し,持続可能社会の早期実現に貢献できるものだとしている。

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