国産科学者が高効率タンデム太陽電池で新境地を開拓

この記事のポイント

• 中国の科学者チームが、高効率タンデム太陽電池の研究で新たな進展を遂げました。
• 認証された安定状態での光電変換効率32.22%を達成し、注目を集めています。
• 低コスト材料で地上での大規模応用を目指す、光伏（太陽光発電）分野の重要課題に取り組んでいます。
• 革新的な界面鈍化材料の開発と、デバイス構造の最適化が効率向上に寄与しました。
• ペロブスカイト太陽電池とシリコン太陽電池の組み合わせは、高効率と低コストを両立する次世代技術の有力候補です。

高効率タンデム太陽電池の地上応用への挑戦

タンデム太陽電池は、衛星や宇宙探査機などの宇宙分野で広く利用されてきましたが、低コスト材料を用いて地上での大規模応用を進めることが、現在の光伏（太陽光発電）分野における重要な研究課題となっています。この分野において、中国の科学者チームが高効率タンデム太陽電池で新たな進展を遂げ、認証された安定状態での光電変換効率32.22%を達成しました。この研究成果は、2023年8月17日に学術誌『Nature』に発表されました。

効率向上の鍵：革新的な材料設計と構造最適化

「このタンデム太陽電池の最下層はシリコン電池であり、中間層と最上層にはそれぞれ異なるバンドギャップを持つペロブスカイト吸光層を採用することで、太陽スペクトルをより効率的に利用しています。」と、論文の共同責任著者であり、東南大学化学化工学院の姚惠峰教授は説明します。高効率化の鍵となるのは、広帯域ギャップペロブスカイト層による高い出力電圧ですが、材料表面の欠陥に起因する非輻射再結合が顕著な電圧低下を引き起こし、デバイス効率のさらなる向上を阻む重要なボトルネックとなっていました。

この課題に対し、東南大学、天合光能、復旦大学などの共同研究チームは、分子構造設計から着手し、新しい界面鈍化材料「4F-POEABr」を設計・合成しました。実験結果によると、この材料は広帯域ギャップペロブスカイト表面の欠陥を効果的に低減することが示されました。これを基盤として、チームはデバイスの中間層構造を最適化し、タンデム太陽電池内部の光場分布と各サブセル間の電流マッチングを調整することで、最終的に32.22%という認証済みの安定状態光電変換効率を達成しました。

次世代太陽電池への期待

光伏科学技術全国重点実験室の副主任である張鴻氏は、「ペロブスカイト材料は、バンドギャップの調整が容易で、製造プロセスも柔軟であるという特徴を持っています。成熟したシリコン光起電技術と組み合わせることで、高効率と低コストの可能性を兼ね備えた新世代太陽電池の開発に向けた新たな技術ルートを提供するものと期待されます。」と述べています。

出典：新華網

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