スズペロブスカイト太陽電池の性能向上機構の解明筑波大学
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次世代太陽電池として注目のペロブスカイト太陽電池、当初用いていた鉛は毒性が課題であり、鉛から低環境負荷のスズへの置換が提案されている。ただ，スズは酸化されやすく、効率や耐久性の点で課題がある。スズの酸化を抑制し、耐久性を上げる改善策として、スズペロブスカイト結晶に大きな有機陽イオンを導入し、2次元層状構造を持たせたRuddlesden-Popper（RP）スズペロブスカイトを形成する手法が提案されている。しかし、その内部状態や通常のスズペロブスカイト太陽電池より性能が向上する仕組みは、まだ十分に解明されていなかった。
今回、電子スピン共鳴を用い、駆動中のデバイスの内部状態を微視的に調べた。ペロブスカイト太陽電池は、ペロブスカイト構造を持つ結晶を、正孔輸送層と電子輸送層が挟む。まずRPペロブスカイト太陽電池に光を照射しない時は、正孔輸送層からRPペロブスカイトへ正孔が拡散することが観測された。それにより、正孔輸送層とRPスズペロブスカイトの界面に電子の逆流を抑制するエネルギー障壁が形成され、性能向上につながることが分かった。次に、太陽光照射下では、RPスズペロブスカイトから正孔輸送層への電子の移動が観測された。これは、紫外線など短波長光により生成した高エネルギー電子に由来すると分かった。この電子移動により、正孔輸送層とRPズペロベスカイト界面におけるエネルギー障壁が高くなり、デバイス効率が向上することも分かった。
デバイス駆動中における性能向上の仕組みの解明は、高効率で長寿命な太陽電池の開発を進める上で極めて重要で、今後の研究の発展に貢献することが期待される。
