プラズマ処理でペロブスカイト太陽電池の効率と耐久性を両立

プラズマを用いた表面処理により、ペロブスカイト太陽電池が厳しい試験条件下でも劣化を抑え、高い電力変換効率を維持できるようになった。北京大学のチームが開発したこの処理は、重要な界面の欠陥を約10分の1に減らした。小面積のセルは効率27.2％を達成し、100平方センチのモジュールは24.0％、認証効率では23.5％を記録した。

ペロブスカイトは光を効率よく吸収し、比較的低温で加工でき、柔軟なデバイスにも利用できる可能性があることから、有望な太陽電池材料とされている。一方、結晶格子が比較的柔らかいため表面欠陥が生じやすく、エネルギーの損失やイオン移動の乱れを引き起こし、性能低下を早める。

研究チームはまず、アルゴンプラズマで欠陥の多い表面層を除去した。次に、別のプラズマで活性化したフッ素種を露出した鉛イオンと反応させ、下層の結晶構造を損なうことなく、厚さわずか4〜7ナノメートルの連続したフッ化鉛の保護層を形成した。

安定性試験では、小型セルは模擬太陽光の下、85℃で2,000時間経過した後も初期効率の98.1％を維持した。封止したモジュールは65℃で1,600時間後も99.3％を維持した。これらのデバイスは紫外線、熱、逆バイアス、昼夜サイクルの試験にも合格した。より長期の実環境での性能は今後の実証が必要だが、この研究は、耐久性の高い大面積ペロブスカイトモジュールの実現に向けて、より制御しやすい手法を提示している。