ペロブスカイト太陽電池の高効率化・耐久性向上と今後の展望

ハロゲン化金属ペロブスカイト結晶を用いた太陽電池は、2009年に初めて報告されて以来、そのエネルギー変換効率は25%を超え、さらにこの変換効率は低温・溶液プロセスで実現可能であるなど、注目すべき可能性を秘めた次世代太陽電池材料です。 　本講座では、ペロブスカイト太陽電池の作製方法について、基礎的な事柄から劣化抑制対策などの詳細まで、特に逆型構造 (ガラス/電極/P型層/Perovskite/N型層/電極) について具体的に解説します。さらに、鉛の代わりにスズを用いた鉛フリーペロブスカイト太陽電池についても解説します。また、出来上がったセルの評価方法について、ペロブスカイト太陽電池がイオン導電性も示す半導体である点に着目しつつ、測定の注意点などの基礎的な事から始めて、ヒステリシス特性の取り扱いやセル特性の解析など、発展的な内容までご説明します。 　最後に、実用化へ向けた課題や他の太陽電池では真似できない特徴、ペロブスカイト材料を用いた多接合太陽電池などをご紹介します。

1. ペロブスカイト太陽電池の基礎
   1. これまでの展開と現状について
   2. これまでの有機系太陽電池との比較
   3. ペロブスカイト太陽電池の基本構造・動作原理
   4. ペロブスカイト層以外の各機能層の役割・種類・特徴
      1. 透明電極
         • ITO
         • FTOなど
      2. ホール選択・輸送層
         • PEDOT:PSS
         • NiOx
         • その他 ポリマー材料等
      3. 電子選択・輸送層
         • PCBM
         • ICBA
         • AZO
         • その他 有機材料等
      4. 対向電極
         • Ag
         • ITOなど
      5. 添加物やその他の極薄膜層の役割
2. 溶液プロセス (スピンコート法) を用いたペロブスカイト太陽電池の作製方法
   1. 低温・溶液プロセスを用いた作製方法の特徴
   2. 作製の各工程に用いる部材や装置・環境について
   3. 基板材料の選択・パターニングから前処理まで
   4. ペロブスカイト太陽電池材料の純度や精製について
   5. 塗布条件 (スピンコート) の最適化について
   6. ペロブスカイト結晶成長の最適化について
   7. その他機能層の塗布条件の最適化について
   8. 太陽電池セルの封止について
   9. 測定用端子の処理について
3. ペロブスカイト太陽電池の評価方法
   1. 光電変換特性の評価方法・注意点
   2. Morphology、膜厚、結晶構造と性能の相関関係
   3. 電流-電圧曲線に現れるヒステリシス特性について
   4. 長期安定性の評価について
      1. 太陽電池を最高出力状態に保つ技術 (MPPT) について
      2. MPPT条件下のペロブスカイト太陽電池の振る舞い
      3. 屋外での耐久性評価
   5. イオン導電性の影響について
4. ペロブスカイト太陽電池の性能とその向上技術
   1. 変換効率
   2. 耐久性
5. ペロブスカイト太陽電池に関する直近の話題や今後の課題について
   1. 環境光発電への応用
      • 室内光発電
      • IoT機器の電源
   2. タンデム化による効率30%を超える太陽電池への応用
   3. 鉛フリーペロブスカイト太陽電池