（国）物質・材料研究機構は8月21日、次世代の太陽電池として開発途上にあるペロブスカイト太陽電池が急速に劣化するメカニズムを理論計算によって明らかにしたと発表した。実用化開発の障壁になっていた問題点の解消につながる成果で、耐久性、安定性の高いペロブスカイト太陽電池の実現が期待できるという。
■空孔密度の減少、イオンサイズの制御など必要
ペロブスカイト太陽電池は、結晶構造がペロブスカイト型と呼ばれる化合物を含む太陽電池。光電変換効率が高く、比較的安価で簡単な製法で作れることから、現在のシリコン太陽電池に代わるものとして急速に研究開発が進んでいる。
ただ、できたものによっては劣化が非常に速かったり、変換効率が変動したりするという問題があり、最近になってその解消法も一部開発されているが、原子レベルでの抜本的な原因究明が求められていた。
研究チームは、代表的なペロブスカイト材料内の空孔におけるイオンの拡散を量子力学の理論に基づく第一原理計算を用いて調べ、空孔を媒介とする陰イオンの拡散に加えて、陽イオン分子も同様に拡散し、この陽イオン分子の移動・流出・流入がペロブスカイト材料の安定性に大きなダメージを与えること、これが速い劣化や変換効率測定におけるヒステリシス出現の原子レベルでの主要な起源であることを明らかにした。
対策として空孔密度の減少やイオンサイズの制御などが浮上、これは実験的に得られている知見とも一致しており、今後ペロブスカイト太陽電池の本格的な耐久性・安定性の向上が期待できるとしている。
