シリコンを用いた一般的な太陽電池は、製造過程で大量のエネルギーを必要とする。代わりにペロブスカイト薄膜を用いることでCO2排出の削減が可能だが、その不安定性から従来大量生産がむつかしかった。

こうしたなかスタンフォード大学の研究チームは、ペロブスカイト薄膜を、シリコンパネルの4倍の速度で製造できる技術を開発。電力コストを下げられることも示した。

「ラピッドスプレープラズマ処理」でペロブスカイト薄膜を素早く製造

ペロブスカイトは、ヨウ素、炭素、鉛といった安価で豊富な物質から成る結晶だ。シリコンが1650℃の高温で精製されるのに対し、ペロブスカイトは水の沸点に近い温度で成長させられる。

ただペロブスカイト太陽電池は大量生産がむつかしい。小さなものでは、シリコン太陽電池に匹敵する変換効率を達成しているものの、大きな太陽電池を作成しようとすると欠陥が混じり、変換効率が大幅に低下するようだ。

こうした課題に対処するために、「ラピッドスプレープラズマ処理」と呼ばれる特許技術を導入した。この技術は、2つのノズルを備えたロボット装置を使用して、ペロブスカイト薄膜をすばやく製造する。

シリコン太陽電池の4倍の製造速度

一方のノズルは、ペロブスカイトの前駆体となる溶液をガラス板にスプレーコーティングし、もう一方のノズルは反応性の高いイオン化ガスを吹き付ける。これにより、溶液を単一ステップでペロブスカイト薄膜に変換。シリコン太陽電池の4倍の製造速度、毎分12mを達成した。さらには、同技術で製造されたペロブスカイト太陽電池は変換効率18％と高いものだ。

ペロブスカイト太陽電池は、電力コストをシリコンのもののキロワット時あたり約5セントから、2セント未満に引き下げられるとのこと。

20～30年使用できるシリコン太陽電池とは異なり、ペロブスカイト太陽電池は熱や湿気で劣化するとの課題もある。研究チームは、5カ月間利用しても15.5％の変換効率が保てるペロブスカイト太陽電池の開発に成功した。今後は商用化に向けて、10年間の使用に耐えるための技術開発を進める。

参照元：Stanford scientists invent ultrafast way to manufacture perovskite solar modules/ Stanford News