韓国エネルギー技術研究院のキム・ギファン博士とチョン・インヨン博士のチームが開発したペロブスカイトCIGSタンデム太陽電池は、ガラス基板上で製造後、太陽電池を剥離する方式で作製される。写真提供：エネルギー技術研究院
韓国エネルギー技術研究院のキム・ギファン博士とチョン・インヨン博士のチームは、2種類の薄型軽量太陽電池を組み合わせ、23.64%の発電効率を達成したと3日に発表した。
研究チームはペロブスカイトと銅-インジウム-ガリウム-セレン（CIGS）の2種類を組み合わせたタンデム太陽電池の製造プロセスも開発した。この太陽電池は、10万回以上曲げても初期効率の97.7%を維持し、高い耐久性を示した。
キム・ギファン博士は「このタンデム太陽電池の重量当たり出力比は、ペロブスカイトとシリコンを組み合わせたタンデム太陽電池の約10倍に達する」と述べ、「超軽量モジュールが必要な建物の外装材、車両、宇宙航空などさまざまな分野に適用できる」と説明した。さらに「大面積製造プロセスの開発と安定性向上の研究を進めることで、関連産業の競争力強化と新・再生可能エネルギーの普及拡大に大きく貢献できる」と展望を示した。
太陽光発電では、生産コストが低く大量生産に適したシリコン太陽電池が主に使用されている。しかし、発電効率に限界があるため、シリコン太陽電池にペロブスカイト太陽電池を接合して効率を高めたタンデム太陽電池が注目を集めている。このタンデム太陽電池は、34.6%の高効率を実現している。ただし、重量が大きく物理的衝撃に弱いため、軽量性と適用性が重要な自動車、航空機、人工衛星などには適していない。
研究チームは、薄型で柔軟性に優れたペロブスカイトCIGSタンデム太陽電池に着目し、発電効率を高める「リフトオフ（Lift-off）」プロセスを開発した。
リフトオフプロセスは、ガラス基板上にポリイミド層をコーティングし、その上にペロブスカイトCIGSタンデム太陽電池を製造した後、ガラス基板から剥離する方法だ。柔軟性のあるポリイミドフィルム自体を基板として利用していた従来のプロセスとは異なり、硬質ガラスを支持基板として活用することで、より安定した電池製造が可能となった。特に平坦なガラス基板を使用することで、太陽電池の各層が均一に蒸着され、性能と製造再現性が向上した。
また、研究チームは、電池の欠陥を減らし性能を向上させる方法も発見した。計算科学を通じて、ガラス基板上にコーティングされたポリイミド層がカリウムの拡散を抑制できることを予測し、電池に適用してCIGS光吸収層の欠陥を最小化することに成功した。その結果、製造された太陽電池は23.64%の発電効率を示し、従来の柔軟ペロブスカイトCIGSタンデム太陽電池の最高効率である18.1%を大幅に上回った。
チョン・インヨン博士は、「今回の開発成果は、柔軟性と軽量性を備えた高効率次世代太陽電池技術の商業化可能性を実証したものだ」とし、「今後、効率30%級の超軽量柔軟太陽電池を実現するための重要な指標となる」と強調した。
なお、研究チームは、今回開発したペロブスカイトCIGSタンデム太陽電池を、エネルギー・材料分野の国際的権威ある学術誌「ジュール（Joule）」に発表した。
