日本的产业技术综合研究所（以下简称：产综研）与日本精化公司共同开发出了可提高“钙钛矿型”新一代太阳能电池发电效率的材料。使用该材料无需添加以往所需的添加剂也能获得高发电效率，从而提高了耐久性。双方计划以2030年前后普及为目标，使得钙钛矿太阳能电池的寿命达到能延长至20年的实用水平。
利用新开发的空穴传输材料试制的钙钛矿太阳能电池（供图：产综研）
钙钛矿太阳能电池的优势是可以通过涂布溶液或印刷等低成本方法制造。与目前主流的硅基太阳能电池相比可以做得更薄，并且耐弯曲，能覆盖在曲面上设置，增加了使用地点的灵活性。
提高发电效率的关键是传输钙钛矿晶体产生的电子和带正电的空穴的“传输层”材料。如果能设法使电子和空穴的获取变得更容易，就可以提高将光转换为电力的光电转换效率。
其中，空穴运输层大多使用有机材料，因为光电转换效率高于无机材料。另外，还通过添加锂盐等添加剂使空穴更易于移动。然而，这些添加剂具有吸湿性，容易导致钙钛矿晶体劣化，降低耐久性。
因此，开发团队为了在不使用添加剂的情况下获得高光电转换效率，重新研究了空穴传输材料的分子结构。将之前的有机材料中所含的甲氧基置换为二甲氨基，并导入了氰基。
通过结合向分子内输送电子的二甲氨基和试图从分子内引出电子的氰基，传输材料更容易获取空穴。由此可以提高光电转换效率。
开发团队将新开发的材料与可以利用印刷法制造的钙钛矿相结合，试制了太阳能电池，确认光电转换效率达到16.3％，比使用常规有机材料时高出30％。当与其他钙钛矿结合时，效率提高至18.7％。
它的耐久性也很出色。在85℃的温度下实施耐热试验确认，高光电转换效率可以维持1000小时以上。含添加剂的常规材料加热后约150个小时就开始劣化。由于可以将膜厚减薄至30～50纳米（纳米为10亿分之1米），还有助于削减制造成本。
产综研零排放国际联合研究中心有机太阳能电池研究团队的村上拓郎组长表示：“我们的目标是在2030年前后用钙钛矿型取代现有的太阳能电池”。在各处的研究中，光电转换效率最高已经提高至25％左右，剩下的课题是改善长期耐久性。
原文：松元则雄、《日经产业新闻》，2022/4/25
翻译编辑：JST客观日本编辑部
