グアニジンヨウ化水素酸塩(GI)とヨウ化スズ(SnI2)、ヨウ化鉛(PbI2)で作製した薄膜を用いた太陽電池素子
グアニジンヨウ化水素酸塩(GI)とヨウ化スズ(SnI2)、ヨウ化鉛(PbI2)で作製した薄膜を用いた太陽電池素子
(出所:東京農工大学)
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共蒸発分子誘起結晶化法で結晶粒子の大きさを変化させたヨウ化鉛の薄膜表面の原子間力顕微鏡像
共蒸発分子誘起結晶化法で結晶粒子の大きさを変化させたヨウ化鉛の薄膜表面の原子間力顕微鏡像
(出所:東京農工大学)
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 東京農工大学と近畿大学らの研究グループは、次世代太陽電池として注目されるペロブスカイト太陽電池の主原料であるヨウ化鉛とは反応しないグアニジンヨウ化水素酸塩が、その代替材料であるヨウ化スズと反応して太陽電池として動作することを発見した。人体に有害な鉛を用いない、安全・安定なペロブスカイト太陽電池の研究開発の促進が期待される。東京農工大が7月10日発表した。

 ペロブスカイト太陽電池は、従来の太陽電池と比べて、安価で高効率を実現できる潜在性があることから、次世代の太陽電池として期待される。基本となる材料は、無機物であるヨウ化鉛と有機物であるメチルアミンヨウ化水素酸塩を反応させたペロブスカイト構造の有機無機ハイブリッド材料を用いる。その一方で、鉛は人体に有害、かつメチルアミンヨウ化水素酸塩は熱分解しやすいため、実用化に問題を抱えていた。

 今回、ハロゲン化アミン有機材料のひとつで、熱安定な有機物であるグアニジンヨウ化水素酸塩が、ペロブスカイト構造作製の指針とされるトレランスファクターからはヨウ化鉛より不利なヨウ化スズと反応することを発見し、同反応でできた薄膜の可視光吸収、X線回折、太陽光電池動作を確認した。

 グアニジンヨウ化水素酸塩は、ヨウ化鉛とは反応しないことが報告されており、これまであまり有力な材料とはされていなかった。今回の結果は、ペロブスカイト形成の鍵はトレランスファクターだけではなく、新しいペロブスカイト太陽電池材料の探索には、より多面的な検討が必要なことを示唆するという。

 また、グアニジンヨウ化水素酸塩は熱安定性が高いため、高真空下で精密制御した真空蒸着法による薄膜形成が可能であることを確認した。さらに、真空蒸着中に液体を同時に蒸発させて結晶成長の制御を行う共蒸発分子誘起結晶化法により、ヨウ化鉛やヨウ化スズの結晶粒子の大きさを制御し、太陽電池の短絡電流密度の向上に成功した。

 グアニジンヨウ化水素酸塩とヨウ化スズを用いて作製した太陽電池は、現在のところ発電効率が非常に低い。しかし、今回得られた知見は今後、人体に有害な鉛を用いない安全なペロブスカイト太陽電池の研究開発の促進に役立つことが期待されるという。

 今回の研究の一部はJST-ALCA、科研費、私立大学戦略的研究基盤形成支援事業の支援を受けて実施した。研究成果は、英国の科学誌「Scientific Reports」に2017年7月10日付けで掲載された。