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半導体物理 日記

HZB、ペロブスカイト/Siのタンデム構造太陽電池で、変換効率の新記録を達成

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これまで太陽電池はSiやGaAsなどの半導体によって作成されており、現在までに25%まで効率が上がってきています。そんな中、次世代の太陽電池の材料として、ペロブスカイトが期待されています。ペロブスカイト膜は、溶液を塗布するだけで製膜することが出来、それでいて高い効率が出ることが特徴です。

ペロブスカイトを利用した太陽電池の1つであるペロブスカイトとSiのタンデム構造太陽電池は、太陽光の大部分の光を電気に変換することが出来ます。一方で、一部の光は反射されエネルギー変換のロスにつながります。HZB(Helmholtz-Zentrum Berlin)のSteve Albrechtのチームは、タンデム構造の表面に工夫をして光を制御するという代替的な手法を用いて、太陽電池の効率を23.4%から25.5%に向上させることができたと発表しています。[1]

タンデム構造の太陽電池の表面を変えて、光の取り込み量を増やすということは広く行われています。例えば、Siの表面をエッチングして、ピラミッド型のジグザグした構造を作る手法があります。しかし、Siの表面をエッチングすると、ペロブスカイトを塗布して製膜するには不利になります。そこで、SteveらはSiの裏面をジグザグにすることにしました。さらに、ペロブスカイトの表面にLMホイル(Light Managementホイル)と呼ばれるピラミッド形状の構造を作りこむことで、さらに光の取り込み効率を向上させています。彼らは、ペロブスカイト膜の品質を向上させ、バンドギャップが1.66eVに達すれば、効率は32.5%まで向上するという計算結果を示しています。

図 報告されたタンデム構造太陽電池の模式図(左)と作成した太陽電池の断面SEM画像(右) [1]

太陽電池の表面構造を変えることで、効率を上げる方法はこれまでも取り組まれていました。今回の報告では、異種材料の界面は平坦にし、その反対側の面を活用するという代替案を提示しています。

地球温暖化の抑制のために、エコなエネルギーが求められており、太陽電池の効率向上は急務の課題でしょう。今後の研究によってさらに効率が上がることを期待しています。

最後までお読みいただきありがとうございます。それではまた次の記事でお会いしましょう。

[1] ‘Textured interfaces in monolithic perovskite/silicon tandem solar cells: Advanced light management for improved efficiency and energy yield’¸ by Marko Jost et al: Energy & Environmental Sciences (2018) 25 Oct 2018

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